基于ICT固体发动机缺陷特征参数体空间精确测量技术研究

发动机内部缺陷特征参数体空间的精确测量是判定固体发动机健康状态的核心技术，国外已取得突破性进展，在国内，目前只能依靠窄角扇束ICT（Industry Computed Tomography, 简称ICT）检测获得的断层图像，在二维空间测量缺陷特征参数，不能准确描述缺陷的空间特征，难以准确判断固体发动机的健康状态。本课题以固体发动机ICT检测获得的投影数据为基础，主要研究的关键问题包括：适用于固体发动机的体数据自动分类方法、已分类体数据体绘制加速方法、体空间缺陷特征参数测量方法、模拟固体发动机实验室试验、典型固体发动机实装检验等。本课题的特色和意义在于：1、建立固体发动机三维数字结构模型，为固体发动机数字化管理奠定基础；2、解决固体发动机健康状态判定中仅依靠二维图像容易造成误判和漏判的问题，为固体发动机健康状态判定提供可靠依据。

固体发动机ICT断层图像只呈现缺陷某个截面的二维信息，不易想象构建出缺陷的三维形态，容易造成缺陷的误判和漏判。因此，本项目旨在解决固发动机装药缺陷的体空间分类提取与精确测量问题，主要进行了以下几个方面的研究：.（1）用基于标准固体发动机CT结构图像配比的方法自动判定CT图像中是否存在缺陷，在实现固体发动机CT图像二维边缘提取、细化、缺陷定位的基础上，推广到固体发动机三维数据场三维边缘提取、细化、缺陷定位；利用定位得到的数据场求缺陷标志点，通过标志点向三维边缘的膨胀，准确、完整提取出固体发动机的缺陷。边缘提取采用了一种新的基于引力模型的边缘检测算子，比较得出其提取效果优于Roberts等算子，且该算子易于进行尺寸的变化，对于噪声较大的图像通过增大算子尺寸仍可得到较好提取效果。.（2）在缺陷数据场提取的基础上，采用体绘制技术实现了固体发动机序列CT图像的三维可视化；以齐次坐标下的平移、缩放和旋转矩阵为基础，实现对发动机的交互式全方位观察；采用三维重建模型虚拟剖切技术，实现固体发动机可视化模型的平面剖切和长方体剖切；设置装药或发动机壳体的透明度，实现发动机内部缺陷的透视观察。.（3）对于体空间缺陷表面积测量，本项目提出了基于曲面积分的方法和经典的基于链码法的方法，对于体空间缺陷最大直径的测量，本项目提出了分类种子点法和一一比较法。为验证提出的三维分类提取和三维测量方法，设计制作了模拟发动机，并预置了已知尺寸的夹渣、气泡和脱粘三个缺陷。利用规则物体的表面积公式、对称性和定积分求出每个缺陷各个测量参数的理论尺寸；利用提出的三维提取方法对缺陷数据场进行提取，用提出的三维测量方法求出每个缺陷各个测量参数的测量尺寸；用基于链码法的表面积计算方法和一一比较法对缺陷表面积和最大直径进行测量。比较得出，提出的测量方法的测量结果都近似于理论结果，提出的基于曲面积分的表面积方法精度高于经典的基于链码法的表面积方法，提出的分类种子点法比一一比较法用时短、速度快。