工业CT在数模对比中的应用

近年来,随着计算机科学的进步及探测器技术的发展,工业CT的性能逐年提高,目前工业CT作为一种实用化的无损检测手段,正逐渐从满足一般工业应用的低能工业CT,向满足大型复杂结构件检测需求的高能工业CT技术发展。尤其是微米级纳米级射线管和高精度探测器出现后云模型计算，工业CT被越来越多应用于CAD数模对比等方面。

所谓CAD数模对比，基本概念如下：在使用计算机辅助设计CAD软件设计产品，建立其原始CAD模型并加工成型后，为判断加工成型后的产品在形状和尺寸方面是否达到设计要求，需要分析加工成型后的产品和原始CAD模型之间的差别。

数模对比所采用的方法是:首先对产品进行数字化扫描，再根据扫描获取的数据重建其三维数字化模型，然后与其原始三维CAD模型进行比对分析。目前对产品进行数字化扫描常用的技术有三坐标机测量、超声波测量和工业CT等。其中工业CT扫描技术能以图像形式准确反映工件的内外部情况，且不受工件复杂程度的影响，目前已成为检测复杂产品(特别是含有内腔的产品)的重要手段。

由于工业CT对产品进行扫描时有其独立的坐标系，导致重建的三维数字化模型坐标系不同于产品原始三维CAD模型的坐标系，在对这两个模型进行比对分析时，必须首先进行配准。

利用工业CT对产品进行扫描时，需要根据产品的内外结构情况来确定装夹方式，扫描坐标系不一定与原始CAD模型的坐标系一致，这样根据扫描数据重建的三维数字化模型与其原始的三维CAD模型常常不会处于同一坐标系中。因此，需要对三维重建模型进行空间变换，使其与CAD模型在空间上对齐。

工业CT三维重建模型一般为立体光刻成型STL格式的表面模型，它通过大量的三角面片拟合实体表面来表现模型的空间特征，为方便配准计算，将CAD模型离散为表面点云模型。

经典的PAC配准方法存在一些缺陷，如计算出的两模型惯量矩阵的特征向量没有确定的正负号，导致模型的第二和第三主方向符号不确定，这将对后续旋转矩阵R的求解产生致命影响形心和质心作为点集的固有特征，在正确配准时，两点之间的相对位置关系不会随空间刚体的变换而变化。当配准反向时，点云的形心与质心的相对位置关系与正常情况反向，因此该位置关系便可作为一种是否反向的判断标准。通过计算点云模型的形心与质心位置关系来判断是否有反向发生，能够正确配准的前提为点云模型的形心与质心不重合。由于工业CT自身的贯穿性特点，其扫描的产品大多包含内腔，且不规则，质量在空间上分布不均匀，重建出的点云模型形心与质心一般不重合，适合采用本方法。如果形心与质心重合的产品使用本方法计算时有可能产生错误，不属于本方法适用的范围。重庆大学段黎明等教授通过对照实验，发明并验证了能够解决PCA方法配准时的反向问题，在完成模型方位正确配准的前提下，能够将配准误差保持在较小范围，为后续精配准提供较好的初始位置。

以前，工业CT应用于零件与零件之间的比较:可于对两个被扫描的零件一起进行比较，例如将老的生产零件与新功能零件或与两个不同制造厂生产的同样零件进行比较。这样，就能够很容易地识别零件变化中的偏差，以减少昂贵的加工处理时间，或用来验证一个加工工艺。

如今，数模对比也是工业CT新的应用范围，例如将零件进行工业CT扫描，然后与CAD比较，用于一个被扫描零件与CAD数据之间的比较。这种方法已经显示出很多优点，尤其是可视化的比对软件出现后，其分析速度远远超过传统的方法。

一般来说数模对比是通过工业CT及分析软件（VGstudio MAX）可以将CT数据与CAD数模或者CT数据进行最佳拟合，以直观的颜色编码对分析的结果进行可视化，不仅可以得到工件整体的偏差，还能得到感兴趣区域的具体偏差值。并且可用各种参数规定公差，例如偏差（最大、最小、累积偏差），对于物体型面复杂、内腔结构限制或者材料原因出现无法提取到内部数据信息的光学扫描方法，CT检测的优势在于可以对内外部所有结构的进行比对，且不太受材料吸光性等原因的影响。VGStudio MAX 在中国有着极好的口碑. 在单独的软件环境中允许用户对 工业CT / 三维像素数据集进行材料和几何结构相关的分析，支持对 CT 和 CAD 数据的处理，提供了对三维像素数据集进行直接处理的软件工具, 不需要转化三维像素数据为其它数据格式, 如点云或表面网格。 对三维数据的直接处理减少了测量的不确定性, 提升了整体处理时间, 这在连续检测或在线 CT数据分析中尤为重要。

（编辑：52站长网）

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