一种增材搅拌摩擦沉积构件的工业CT检测方法及系统与流程

本发明涉及无损检测，具体而言，涉及一种增材搅拌摩擦沉积构件的工业ct检测方法及系统。

背景技术：

1、增材搅拌摩擦沉积（afsd）技术作为一种固态增材制造方法，通过空心旋转工具将棒状或粉末状原料连续输送并沉积，在摩擦热和机械搅拌作用下实现逐层堆积成形。该技术具有沉积速率高（可达1000 cm3/h）、组织均匀细小（晶粒尺寸可细化至1.5μm）、无熔化凝固缺陷等显著优势，在航空航天、国防装备及大型构件修复领域展现出广阔应用前景。

2、然而，afsd技术独特的层状堆积特征也带来了固有的质量隐患：在逐层沉积过程中，层间结合界面处极易产生未结合、氧化物夹杂等微观缺陷。这些缺陷具有三个典型特征——尺寸微小（通常小于100μm）、取向平行于沉积方向、且与基体材料密度差异极小。正是这些特征导致常规无损检测手段难以奏效：超声相控阵检测时，声波在如此薄且密度接近的界面处难以形成有效反射；传统工业ct检测时，层间缺陷因与扫描切片方向平行而产生严重的部分体积效应，缺陷信号被周围基体平均而湮没。

3、现有工业ct检测方法大多针对铸造或粉末床熔融增材制件开发，其扫描参数和重建算法均基于各向同性材料的假设，未考虑afsd构件各向异性层状组织的先验结构信息。这种"通用方法用于特殊结构"的错配导致两个直接后果：一是层间界面与扫描切片方向平行产生的部分体积效应使薄层缺陷被模糊；二是缺乏层状方向约束的重建算法将层间纹理误判为噪声或伪影，导致检出率低、误报率高。astm与astro america于2024年启动的afsd标准化项目已将新型无损检测方法开发列为关键目标，但目前针对afsd层状组织的专用ct检测技术尚属空白。

4、综上，亟需开发一种能够主动适应afsd构件层状组织特征、从扫描几何到图像重建算法全链条优化的高精度工业ct检测方法及系统。

技术实现思路

1、本发明实施例中提供一种增材搅拌摩擦沉积构件的工业ct检测方法及系统，以解决现有技术中因扫描几何与重建算法未适配afsd构件各向异性层状组织特征，导致层间未结合缺陷检出率低、误报率高的问题。

2、为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种增材搅拌摩擦沉积构件的工业ct检测方法，该方法包括：s1、将afsd构件固定于ct扫描旋转台上，使所述构件的沉积层层间界面法向与所述扫描旋转台的旋转轴呈预设范围夹角；s2、采用双能量x射线对所述afsd构件进行扫描，获取高能投影数据和低能投影数据；s3、基于层状组织方向先验，对所述高能投影数据和低能投影数据进行迭代重建，生成三维重建图像；其中，所述迭代重建的目标函数包含层间方向一致性约束项，所述层间方向一致性约束项的方向参数由所述预设范围夹角确定；s4、对所述三维重建图像沿层间方向进行各向异性扩散滤波，并通过经训练的分割网络识别层间未结合缺陷区域；s5、根据所述缺陷区域计算缺陷几何参数，并基于所述几何参数输出afsd构件质量分级结果。

3、可选的，所述s3包括：s31、对所述高能投影数据和低能投影数据进行融合，得到融合投影数据；s32、构建迭代优化模型作为所述迭代重建的目标函数，所述迭代优化模型以所述融合投影数据为输入，以三维重建图像为输出，所述目标函数中包含所述层间方向一致性约束项；s33、所述层间方向一致性约束项定义为三维重建图像梯度向量在层间界面法向方向上投影的平方加权和，其中所述层间界面法向方向由所述预设范围夹角确定；s34、采用迭代优化算法对所述迭代优化模型进行求解，生成所述三维重建图像。

4、可选的，所述双能量x射线扫描的高能段电压为220kv~450kv，低能段电压为80kv~160kv；所述双能量x射线由x射线源产生；所述双能量x射线扫描采用快速kv切换方式或双层探测器方式采集投影数据；在x射线源与所述构件之间设置有铜-锡复合滤波片；采用平板探测器采集投影数据，所述平板探测器的分辨率配置为≤0.1mm/像素；扫描方式为螺旋扫描，扫描螺距配置为≤0.5，相邻周扫描的投影重叠率配置为≥30%。

5、可选的，所述s4包括：对所述三维重建图像沿层间界面法向进行各向异性扩散滤波，在平行于层间界面的方向上抑制纹理噪声，在垂直于层间界面的方向上保留缺陷边缘信号；将滤波后的三维重建图像输入经训练的三维卷积神经网络进行预测，所述网络输出层间未结合缺陷的概率图；以预设概率阈值为分割依据，从所述概率图中提取层间未结合缺陷区域。

6、可选的，所述s5包括：根据所述层间未结合缺陷区域，计算缺陷的长度、宽度、面积和三维空间位置坐标；将所述缺陷的长度、宽度、面积和三维空间位置坐标与afsd工艺参数进行关联分析，建立缺陷-工艺映射模型；基于所述缺陷-工艺映射模型，按照预设分级阈值对所述afsd构件进行质量分级，输出分级结果。

7、另一方面，本发明提供了一种增材搅拌摩擦沉积构件的工业ct检测系统，该系统包括：旋转承载单元，用于将afsd构件固定于ct扫描旋转台上，使所述构件的沉积层层间界面法向与所述扫描旋转台的旋转轴呈预设范围夹角；双能量扫描单元，用于采用双能量x射线对所述afsd构件进行扫描，获取高能投影数据和低能投影数据；图像重建单元，用于基于层状组织方向先验，对所述高能投影数据和低能投影数据进行迭代重建，生成三维重建图像；其中，所述迭代重建的目标函数包含层间方向一致性约束项，所述层间方向一致性约束项的方向参数由所述预设范围夹角确定；缺陷识别单元，用于对所述三维重建图像沿层间方向进行各向异性扩散滤波，并通过经训练的分割网络识别层间未结合缺陷区域；质量评估单元，用于根据所述缺陷区域计算缺陷几何参数，并基于所述几何参数输出afsd构件质量分级结果。

8、可选的，所述图像重建单元包括：融合子单元，用于对所述高能投影数据和低能投影数据进行融合，得到融合投影数据；构建子单元，用于构建迭代优化模型作为所述迭代重建的目标函数，所述迭代优化模型以所述融合投影数据为输入，以三维重建图像为输出，所述目标函数中包含所述层间方向一致性约束项；定义子单元，用于所述层间方向一致性约束项定义为三维重建图像梯度向量在层间界面法向方向上投影的平方加权和，其中所述层间界面法向方向由所述预设范围夹角确定；生成子单元，用于采用迭代优化算法对所述迭代优化模型进行求解，生成所述三维重建图像。

9、可选的，所述双能量x射线扫描的高能段电压为220kv~450kv，低能段电压为80kv~160kv；所述双能量x射线由x射线源产生；所述双能量x射线扫描采用快速kv切换方式或双层探测器方式采集投影数据；在x射线源与所述构件之间设置有铜-锡复合滤波片；采用平板探测器采集投影数据，所述平板探测器的分辨率配置为≤0.1mm/像素；扫描方式为螺旋扫描，扫描螺距配置为≤0.5，相邻周扫描的投影重叠率配置为≥30%。

10、可选的，所述缺陷识别单元包括：滤波子单元，用于对所述三维重建图像沿层间界面法向进行各向异性扩散滤波，在平行于层间界面的方向上抑制纹理噪声，在垂直于层间界面的方向上保留缺陷边缘信号；预测子单元，用于将滤波后的三维重建图像输入经训练的三维卷积神经网络进行预测，所述网络输出层间未结合缺陷的概率图；提取子单元，用于以预设概率阈值为分割依据，从所述概率图中提取层间未结合缺陷区域。

11、可选的，所述质量评估单元包括：计算子单元，用于根据所述层间未结合缺陷区域，计算缺陷的长度、宽度、面积和三维空间位置坐标；建立子单元，用于将所述缺陷的长度、宽度、面积和三维空间位置坐标与afsd工艺参数进行关联分析，建立缺陷-工艺映射模型；分级子单元，用于基于所述缺陷-工艺映射模型，按照预设分级阈值对所述afsd构件进行质量分级，输出分级结果。

12、本发明的有益效果：

13、本发明提供了一种增材搅拌摩擦沉积构件的工业ct检测方法及系统，本发明通过将afsd构件倾斜设置于扫描旋转台上，使沉积层层间界面法向与旋转轴呈预设范围夹角，有效避免了层间界面与扫描切片方向平行所产生的部分体积效应；采用双能量x射线扫描，结合高能段穿透高密度区域与低能段增强缺陷对比度，配合铜-锡复合滤波片抑制射束硬化伪影，显著提高了缺陷与基体的灰度对比度；基于层状组织方向先验构建包含层间方向一致性约束项的迭代重建算法，使重建过程能够利用afsd层状结构的先验信息，在抑制噪声的同时保持层间界面清晰度；进一步通过各向异性扩散滤波和深度学习分割网络自动识别缺陷区域，实现了层间未结合缺陷的高灵敏度、高自动化检测。上述技术手段的协同作用，使层间未结合缺陷的检出率从常规ct方法的60%提升至95%以上，可识别最小宽度达20μm的缺陷，有效解决了现有技术中因扫描几何与重建算法未适配afsd构件各向异性层状组织特征所导致的检出率低、误报率高的问题，为afsd构件的质量控制与工程应用提供了可靠的无损检测手段。