一种基于X射线的低温形变测量方法及系统与流程

本发明涉及测量，具体涉及一种基于x射线的低温形变测量方法及系统。

背景技术：

1、随着宇航事业的迅速发展，零件在低温下的微形变测量成为低温条件下测量技术亟待解决的一大难点。如某型低温安全阀在设计时对低温条件下密封材料形变规律掌握不足，由于缺乏测量方式，为避免阀芯在运动中卡滞，只能将阀芯与导向孔配合间隙设计的较大。但这样设计容易使阀芯受力不均，运动轴线与导向孔轴线发生较大偏转，导致密封失效等问题。

2、应变片法和台阶仪法是当前常用的微形变接触式测量技术。使用应变片法测量低温下的微变形量时，由于粘接剂与被粘材料的线膨胀系数之间相差较大，在一定的温度梯度下会产生热应力，因此需要用到十分复杂的粘贴工艺，并且当前针对应变片的温度补偿机制的研究尚不完善。台阶仪法则利用探针在样品表面划过，以此获得样品表面的轮廓，进行低温下的形变测量，其测试过程一般是把样品固定在一个热容很大的热沉上，然后将样品和热沉一起浸入液氮降温，在热沉完全冷透后将其置于台阶仪上测量样品表面在低温下的表面形变。这种方法的温度控制不够理想，且测试过程中样品表面有结霜，这都会对测试结果造成较大影响。当前常见的非接触式测量方法主要包括光学测量、显微测量和电学测量，非接触式测量具有精度高、结构简单和实时性好的特点，但是无法对零件内部的微形变进行直接测量。

3、因此，当前亟需一种能够便捷且准确地在低温环境下对目标器件的外部及内部微小形变进行测量的方法或设备。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于x射线的低温形变测量方法及系统，能够提升在低温环境下对目标器件的外部及内部微小形变进行测量的准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、一种基于x射线的低温形变测量系统，包括：样品扫描模块、图像预处理模块、图像分割模块、点云拟合模块和尺寸测量模块；

4、所述样品扫描模块，以x射线对浸泡在液氮中的被测样品进行透射得到ct图像数据；

5、所述图像预处理模块，对所述ct图像数据进行引导滤波去噪，得到突出图像边缘特征的预处理数据；

6、所述图像分割模块，对所述预处理数据进行图像轮廓提取，得到被测样品的轮廓数据；

7、所述点云拟合模块，根据设定的几何元素对所述轮廓数据进行拟合得到被测样品的三维模型；

8、所述尺寸测量模块，根据测量需求对所述三维模型进行尺寸参数的测量。

9、较佳地，所述图像预处理模块，在对所述ct图像数据进行引导滤波去噪之前，先对所述ct图像数据进行窗宽窗位调节，再对调节后的图像进行引导滤波去噪；所述窗宽窗位调节为：

10、

11、其中，f(i,j)为调节前的图像，g(i,j)为调节后的图像，up为调节灰度上限，low为调节灰度下限，g为灰度最大值。

12、较佳地，所述图像分割模块进行图像轮廓提取，为：

13、所述图像分割模块基于局部能量最小化(rsf)模型，以闭合曲线c将图像i分为曲线内部区域ω1和曲线外部区域ω2，rsf模型针对任意中心点x的局部拟合能量泛函为：

14、

15、其中，λ1和λ2为闭合曲线c内、外的图像灰度值的权重系数，f1(x)和f2(x)为闭合曲线c内、外的图像灰度值，i(y)为以中心点x为中心的局部区域内的积分点y的灰度值，所述局部区域的大小取决于核函数k(x-y)；

16、根据所述局部拟合能量泛函，得到修改后的能量泛函ε(c,f1(x),f2(x))为：

17、

18、其中，|c|为闭合曲线c的长度，ν为长度项权重系数；

19、通过水平集迭代得到使所述修改后的能量泛函取最小值的闭合曲线c即为所述轮廓数据。

20、较佳地，所述点云拟合模块，采用随机采样一致性(ransac)算法将所述轮廓数据拟合为设定的几何元素；所述ransac算法的拟合过程包括：

21、步骤401，从所述轮廓数据的点云中选择子点云集；根据当前子点云集得到拟合模型；

22、步骤402，所述轮廓数据的全部点云中满足当前拟合模型的点为内点；统计当前拟合模型对应的内点占所述轮廓数据的全部点云的比例β；

23、步骤403，选择其他子点云集以重复步骤401-步骤402，直至重复次数达到迭代次数最大值k或当前的比例β大于设定值时，停止重复并进行步骤404；

24、步骤404，记录当前拟合模型为所述三维模型。

25、较佳地，所述迭代次数最大值k，为：

26、

27、其中，p为设定的拟合出正确模型的期望概率，n为所述子点云集的点数。

28、一种基于x射线的低温形变测量方法，包括：

29、步骤1，以x射线对浸泡在液氮中的被测样品进行透射得到ct图像数据；

30、步骤2，对所述ct图像数据进行引导滤波去噪，得到突出图像边缘特征的预处理数据；

31、步骤3，对所述预处理数据进行图像轮廓提取，得到被测样品的轮廓数据；

32、步骤4，根据设定的几何元素对所述轮廓数据进行拟合得到被测样品的三维模型；

33、步骤5，根据测量需求对所述三维模型进行尺寸参数的测量。

34、较佳地，所述步骤2中，在对所述ct图像数据进行引导滤波去噪之前，先对所述ct图像数据进行窗宽窗位调节，再对调节后的图像进行引导滤波去噪；所述窗宽窗位调节为：

35、

36、其中，f(i,j)为调节前的图像，g(i,j)为调节后的图像，up为调节灰度上限，low为调节灰度下限，g为灰度最大值。

37、较佳地，步骤3中，所述进行图像轮廓提取，为：

38、基于rsf模型，以闭合曲线c将图像i分为曲线内部区域ω1和曲线外部区域ω2，rsf模型针对任意中心点x的局部拟合能量泛函为：

39、

40、其中，λ1和λ2为闭合曲线c内、外的图像灰度值的权重系数，f1(x)和f2(x)为闭合曲线c内、外的图像灰度值，i(y)为以中心点x为中心的局部区域内的积分点y的灰度值，所述局部区域的大小取决于核函数k(x-y)；

41、根据所述局部拟合能量泛函，得到修改后的能量泛函ε(c,f1(x),f2(x))为：

42、

43、其中，|c|为闭合曲线c的长度，ν为长度项权重系数；

44、通过水平集迭代得到使所述修改后的能量泛函取最小值的闭合曲线c即为所述轮廓数据。

45、较佳地，步骤4中，所述进行拟合得到被测样品的三维模型，采用ransac算法将所述轮廓数据拟合为设定的几何元素；所述ransac算法的拟合过程包括：

46、步骤401，从所述轮廓数据的点云中选择子点云集；根据当前子点云集得到拟合模型；

47、步骤402，所述轮廓数据的全部点云中满足当前拟合模型的点为内点；统计当前拟合模型对应的内点占所述轮廓数据的全部点云的比例β；

48、步骤403，选择其他子点云集以重复步骤401-步骤402，直至重复次数达到迭代次数最大值k或当前的比例β大于设定值时，停止重复并进行步骤404；

49、步骤404，记录当前拟合模型为所述三维模型。

50、较佳地，所述迭代次数最大值k，为：

51、

52、其中，p为设定的拟合出正确模型的期望概率，n为所述子点云集的点数。

53、有益效果：

54、1、本发明对低温环境下的被测样品进行x射线透射，并通过图像预处理模块、图像分割模块和点云拟合模块对ct图像数据数据进行进一步处理，使得系统能够根据ct图像准确地构建被测样品的三维模型，从而提升在低温环境下对目标器件的外部及内部微小形变进行测量的准确性。

55、2、本发明通过图像预处理模块对ct图像数据进行窗宽窗位调节和引导滤波去噪，能够将ct图像数据的图像边缘特征进行突出，并尽可能去除噪声，进一步提升本发明所提出的系统和方法对目标器件的外部及内部微小形变进行测量的准确性。

56、3、本发明所提出的图像分割模块通过采用rsf模型，进一步对经过预处理的ct图像进行轮廓提取，以提升对目标器件进行形状识别的精度，并通过对能量泛函表达式的修改，进一步使得到的轮廓数据能够拥有平滑的曲线，降低噪声的影响，提升后续模型构建和测量的准确性。

57、4、本发明所提出的点云拟合模块通过采用ransac算法，进一步根据预期的被测样品几何形状，对轮廓数据进行三维模型构建，在降低误差的同时为被测样品平均线膨胀系数等参数的测量提供便利。