一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法
2023-05-15 08:14:26
一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法
【專利摘要】本發明涉及一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，通過提取點雲中相鄰兩點的中點來實現初步劃分，然後對前、後緣的參數進行精確提取，最後，從初步劃分的葉盆及葉背點集中分別刪除與前、後緣的交集從而實現特徵點雲的精確劃分。本發明不僅彌補了凸包算法及其改進算法的不足，且不失一般性，適用於更大範圍內葉片的截面特徵點雲的劃分，保證了後續葉片型面特徵參數的提取的精確性。
【專利說明】一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及計算機數據處理領域，尤其是一種適用於更大範圍內葉片的截面特徵點雲的劃分精確劃分方法。
【背景技術】
[0003]葉片是航空發動機的核心零部件之一，具有強扭曲、薄壁件、易變形、低損傷等技術特點。葉片的檢測精度直接影響到發動機的性能，所以必須採用嚴格的檢測手段。大多數的測量手段都是通過檢測葉片截面的特徵參數來判斷葉片是否合格，因此，高精度、高效率地提取葉片截面參數具有很高的使用價值。
[0004]葉片截面特徵點雲的精確劃分是提取葉片截面參數的前提。目前，常用的截面劃分方法大都是基於經典凸包算法，或在其基礎上進行算法的改進，基本上能夠滿足大部分葉片截面的劃分。但對於某些特殊的截面，凸包算法可能將原本屬於葉背上的非凸包點劃分到葉盆上或者直接刪除，導致截面特徵參數的提取精度較差甚至失敗，凸包算法結果如圖2所示:
圖2中『 + 』標記的點原本屬於葉背，但並非凸包點。在採用凸包算法時，會將這些點略過，直接和前緣上的切點相連，並把標記點當作葉盆上的點。導致葉背上『 + 』標記段擬合誤差較大，同時葉盆段曲線擬合錯誤。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:提出一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，不僅彌補了凸包算法及其改進算法的不足，且不失一般性，適用於更大範圍內葉片的截面特徵點雲的劃分，保證了後續葉片型面特徵參數的提取的精確性。
[0006]本發明所採用的技術方案為:一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，包括以下步驟:
1)對葉片各截面進行雷射測量並進行數據處理得到精簡的點雲數據；並建立x、Y坐標值；
2)將點雲數據按照X坐標值的升序進行排序；設定相鄰兩點的Y坐標值變化的閾值，依次查找點雲中坐標值的變化大於該閾值的相鄰點，得到中點坐標；
3)對步驟2)中得到的中點進行擬合；並對點雲上、下兩部分進行初步劃分；
4)選取點雲中X坐標值最小的點、Y坐標值最小的點以及X坐標值最大的點；以Y坐標值最小的點為基準點，在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時的對應點；
5)將步驟4)中X坐標值最小的點、Y坐標值最小的點、X坐標值最大的點以及在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時的對應點所形成的區間進行擬合得出前、後緣，並在一定區域內查找出所有位於前、後緣上的點集； 6)分別求取初步劃分後得到的上、下兩部分與前、後緣點集的交集；並獲得葉盆以及葉背上的點集；
7)對葉盆、葉背上的點分別進行插值及擬合實現特徵點雲的精確劃分。
[0007]本發明所述的步驟3)中，採用三次多項式對中點進行擬合；擬合的方式是:將點雲數據依次帶入三次多項式中，通過比較點雲數據和經三次多項式得出的Y坐標值的大小來實現對點雲上、下兩部分的初步劃分。
[0008]本發明所述的步驟5)中，X坐標值最小的點與Y坐標值最小的點形成第一區間；X坐標值最大的點以及在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時的對應點形成第二區間；第一區間與第二區間以最小二乘法擬合出出前、後緣。
[0009]本發明所述的步驟6)中，從上、下兩部分點集中減去交集便得到葉盆、葉背上的點集。
[0010]本發明的有益效果是:對雷射測量法測得的葉片截面的點雲數據進行精確劃分，從而保證後續不同區域數據點的擬合精度和截面特徵參數的提取精度，為葉片的加工一測量一體化打下了基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0012]圖1是本發明所要運用的葉片的截面形狀圖；
圖2是現有技術中採用凸包算法的效果圖；
圖3是本發明點雲數據的初步劃分圖；
圖4是本發明的方法效果圖；
圖5是本發明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0013]現在結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0014]葉片截面的各部分定義如圖1所示:包括葉盆、葉背、前緣以及後緣。
[0015]在對某些特殊的葉片截面進行特徵點雲的劃分時，常用的凸包算法或改進凸包算法存在著明顯的不足，會將原本位於葉片截面葉背上的點劃分到葉盆上或者直接刪除。如圖2所示，圖2中『 + 』標記的點原本屬於葉背，但並非凸包點。在採用凸包算法時，會將這些點略過，直接和前緣上的切點相連，並把標記點當作葉盆上的點。導致葉背上『 + 』標記段擬合誤差較大，同時葉盆段曲線擬合錯誤。
[0016]考慮到點雲數據在坐標的較小鄰域內，葉盆與葉背的坐標值變化相對坐標值而言變化較明顯。以此為依據，通過提取點雲中相鄰兩點的中點來實現初步劃分，然後對前、後緣的參數進行精確提取，最後，從初步劃分的葉盆及葉背點集中分別刪除與前、後緣的交集從而實現特徵點雲的精確劃分。具體流程如圖5所示，方法如下:
(I)對由雷射測量法測得的葉片各截面的點雲數據進行濾波除噪、數據精簡等操作從而得到精簡的點雲數據。
[0017](2)將點雲數據按照坐標值的升序排序。設定相鄰兩點坐標值變化的閾值，依次查找點雲中坐標值的變化大於的相鄰點，並求解中點坐標。
[0018](3)採用三次多項式對求取的中點進行擬合。將點雲數據依次帶入擬合出的三次多項式中，通過比較點雲數據和經三次多項式得出的坐標值的大小來實現對點雲上、下兩部分的初步劃分，如圖3所7]^。
[0019]( 4 )查找點z?中坐標值最小的點、坐標值最小的點和坐標值最大的點。以點為基準點，在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時對應的點。
[0020](5)由截面的幾何關係可知，區間和分別為前、後緣上的子集。在區間和內，以最小二乘法擬合出前、後緣，並在指定區域內查找出所有位於前、後緣上的點集，以後緣為例:
設擬合出的後緣圓心為，半徑為則點到前緣的代數距離為:，設定閾值。以點A為起點，查找方向上範圍內所有小於的點。
[0021](6)分別求取初步劃分後得到的上、下兩部分與前、後緣點集的交集。從上、下兩部分點集中減去交集便得到葉盆、葉背上的點集。
[0022](7)對求得的葉盆、葉背上的點分別採用三次樣條插值及擬合，效果如圖4所示。
[0023]相比圖2中凸包算法的結果，本發明採用的算法能夠更好的避免凸包算法在處理特殊截面時的不足，保證了後續葉片特徵參數提取的精確性
以上說明書中描述的只是本發明的【具體實施方式】，各種舉例說明不對本發明的實質內容構成限制，所屬【技術領域】的普通技術人員在閱讀了說明書後可以對以前所述的【具體實施方式】做修改或變形，而不背離本發明的實質和範圍。
【權利要求】
1.一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)對葉片各截面進行雷射測量並進行數據處理得到精簡的點雲數據；並建立X、Y坐標值； 2)將點雲數據按照X坐標值的升序進行排序；設定相鄰兩點的Y坐標值變化的閾值，依次查找點雲中坐標值的變化大於該閾值的相鄰點，得到中點坐標； 3)對步驟2)中得到的中點進行擬合；並對點雲上、下兩部分進行初步劃分； 4)選取點雲中X坐標值最小的點、Y坐標值最小的點以及X坐標值最大的點；以Y坐標值最小的點為基準點，在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時的對應點； 5)將步驟4)中X坐標值最小的點、Y坐標值最小的點、X坐標值最大的點以及在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時的對應點所形成的區間進行擬合得出前、後緣，並在一定區域內查找出所有位於前、後緣上的點集； 6)分別求取初步劃分後得到的上、下兩部分與前、後緣點集的交集；並獲得葉盆以及葉背上的點集； 7)對葉盆、葉背上的點分別進行插值及擬合實現特徵點雲的精確劃分。
2.如權利要求1所述的一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，其特徵在於:所述的步驟3)中，採用三次多項式對中點進行擬合；擬合的方式是:將點雲數據依次帶入三次多項式中，通過比較點雲數據和經三次多項式得出的Y坐標值的大小來實現對點雲上、下兩部分的初步劃分。
3.如權利要求1所述的一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，其特徵在於:所述的步驟5)中，X坐標值最小的點與Y坐標值最小的點形成第一區間；Χ坐標值最大的點以及在初步劃分後點雲的下部分查找出斜率最小時的對應點形成第二區間；第一區間與第二區間以最小二乘法擬合出出前、後緣。
4.如權利要求1所述的一種葉片截面特徵點雲的精確劃分方法，其特徵在於:所述的步驟6)中，從上、下兩部分點集中減去交集便得到葉盆、葉背上的點集。
【文檔編號】G06F9/50GK104199742SQ201410449437
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】周軍, 梁齊龍, 廖華麗, 王心堅, 邵冰冰, 傅昱平 申請人:河海大學常州校區