基於圖形匹配算法的葉片檢測方法
2024-01-29 10:03:15
基於圖形匹配算法的葉片檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於圖形匹配算法的葉片檢測方法。讀入已有標準葉片截面型線數據點集或模型作為圖形匹配算法的參照模板；採用三維掃描設備測量樣品葉片截面型線；利用圖形匹配算法得到與標準外形進行匹配時對測量數據做剛體變換所需的旋轉矩陣R和平移量T；根據給定的公差允許範圍生成以標準外形為骨線的誤差容許帶狀區域；分析匹配後的樣品葉片是否在設計公差允許範圍內。該方法能準確地匹配測量數據與標準數據，從而能夠可靠地檢測出樣品葉片是否合格以及葉片不合格時的具體位置。
【專利說明】基於圖形匹配算法的葉片檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及葉輪機械的葉片或葉片截面的檢測方法。
【背景技術】
[0002]葉片是發動機、核主泵等葉輪機械的關鍵部件之一，直接關係到動力系統的穩定運行。過流部件表面的質量缺陷，產品外形與設計外形偏差過大，會導致葉片表面動力學性能與預期性能產生極大偏差，對機械運作有非常顯著的影響；外形是否標準決定了機械是否能發揮應有的功用，如果能快速並準確地檢測出葉片缺陷部位，指導進一步加工方向，對完善葉片質量檢測方法以及生產出合格的葉片有至關重要的作用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種準確地匹配葉片截面測量數據與標準數據的葉輪機械葉片檢測方法。
[0004]本發明的技術方案為:
[0005]一種基於圖形匹配算法葉片檢測方法，其特徵是:讀入已有標準葉片截面型線數據點集或模型作為圖形匹配算法的參考模板；採用三維掃描設備測量樣品葉片截面型線；利用圖形匹配算法得到與對應位置截面標準外形進行匹配時對測量數據所要進行的剛體變換；分析樣品葉片是否在設計公差允許範圍:
[0006]I)讀入標準葉片截面型線的設計模型，並利用逆向工程方法重構出頁面截面的光滑輪廓線C，標準外形數據為離散數據點1- ;
[0007]2)採集葉片樣品截面數據，其方法為:三維掃描設備(CMM)沿樣品葉片軸心為中心的柱面採集葉片對應位置截面的型線數據坐標F= ，並讀入此組數據；
[0008]3)調用圖形匹配算法，計算出對測量數據Yi進行剛體變換所需的旋轉量R和平移量T，使得標準外形數據與變換後的測量數據之間的誤差達到最小；
[0009]變換後的測量數據為:
[0010]Yj = RYi +T
[0011]誤差計算公式為:
[0012]
【權利要求】
1.一種基於圖形匹配算法的葉片檢測方法，其特徵是:讀入已有標準葉片截面型線數據點集或模型作為圖形匹配算法的參考模板；採用三維掃描設備測量樣品葉片截面型線；利用圖形匹配算法得到與對應位置截面標準外形進行匹配時對測量數據所要進行的剛體變換；分析樣品葉片是否在設計公差允許範圍: 1)讀入標準葉片截面型線的設計模型，並利用逆向工程方法重構出頁面截面的光滑輪廓線C，標準外形數據為離散數據點Z = ； 2)採集樣品葉片截面數據，其方法為:三維掃描設備(CMM)沿樣品葉片軸心為中心的柱面採集葉片對應位置截面的型線數據坐標彳巧};，並讀入此組數據； 3)調用圖形匹配算法，計算出對測量數據Yj進行剛體變換所需的旋轉量R和平移量T，使得標準外形數據與變換後的測量數據之間的誤差達到最小； 變換後的測量數據為:
Y, = RY, + T 誤差計算公式為:
其中: λ (O是標準外形數據中與測量數據對應的數據下標的映射關係； Cj是光滑輪廓線上與,_距離最近的點； ll1-rll〖是點X到點Y的距離的平方； 4)設置公差允許範圍?； 5)將標準外形數據沿截面輪廓曲線在其位置的法向量向內及向外平移6並再次利用逆向工程方法得到兩條光滑曲線，從而得到誤差容許的帶狀區域； 6)對每個變換後的測量數據^，檢測其是否在誤差容許區域內，對於L1和L2,其方法分為判斷下式的值是否小於6: 4=II X燦Los> 或 4 =II C-Yj^coskC-YpNj > 其中: Νλ (J)是標準外形曲線C在Xa (j)處的單位外法向量； Nj是標準外形曲線C在距;ζ_最近點處的單位外法向量； cos 是向量X-Y與向量N之間夾角的餘弦值。
2.根據權利要求1所述的一種基於圖形匹配算法的葉片檢測方法，其特徵是:在尋找數據點X與Y的對應關係λ (.)時所使用的圖形匹配算法，要求測量數據Y的數據點個數η不超過標準外形數據X的數據點個數m，從而保證對於每個測量數據，在標準外形數據中都能找到與之對應的數據；當目標函數為L1時，數據點下標的對應關係λ (.)與剛體變換旋轉量R和平移量T的確定方法為:
I)初始設 Υ(°) = Y，k = O ;2)對Y(k)中每個點Yp找到X中與之距離最短的點Χλω，從而確定λ(.); 3)計算旋轉矩陣R和平移量T:
q = (q0, q1； q2, q3)T是下列矩陣最大特徵值對應的單位特徵向量
rq = (Qd Q2? Q3) T ；
4)Y(k+1)= R(k)Y(k)+T(k)，轉到第 2)步直到Il Tik^-TikjW; <10 13; 當目標函數為L2時，僅需將上述第2)步中「找到X中與之距離最短點Χλ (J) 」修改為「找到C上與之距離最短點C/』，並在之後的計算過程中用&替換Xa (j)即可。
【文檔編號】G01B21/20GK104180789SQ201410462256
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】馮仁忠, 餘勝蛟, 劉鐵鋼 申請人:北京航空航天大學