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专利号: 2020113708076
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:(1)分析螺旋桨当前形态,进行曲面参数化;

(2)根据所述曲面参数化进行曲面的测点数目规划;

(3)对规划的测点数目进行检测路径规划,确定检测点的位置;

(4)对得出的所述测点位置,进行目标测点的数据采集,进而实现曲面粗配准;

(5)根据所述粗配准测点位置通过KDTree结构算法查找点云最近点,采用不同参数查找螺旋桨不同状态的最近点;

(6)对所述最近点进行曲面配准算法迭代,直至收敛;

(7)当两个点云集完成整体的的最近点迭代后,对两个点云集进行曲面拟合,完成螺旋桨曲面叶片的配准。

2.根据权利要求1所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,该方法还包括:

(8)对得到的配准结果通过国际螺旋桨精度检测标准进行判定;

(9)对得到的判定结果进行布尔运算,得到需要加工的区域面积和厚度;

(10)对得到的区域面积和厚度进行可视化显示,并生成检测报告。

3.根据权利要求1所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,除了提出上述评估方法,还能够根据螺旋桨生产阶段的检测需求不同,分析各阶段的状态,设置合理的配准工艺参数,根据这些参数,对螺旋桨配准调用不同的配准方法。

4.根据权利要求1‑3任一项所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,步骤(2)根据所述曲面参数化进行曲面的测点数目规划,包括:(21)通过离散型值点表示螺旋桨叶片曲面的形状,设定共有L×K的测点,L表示横向截面曲线,K表示纵向截面曲线,且保证形状误差满足精度要求的情况下,L与K的值可在m0×n0~mi×nj之间选取,其中,m0和mi为横向截面曲线上的测点数,且mi>m0,n0和nj为纵向截面曲线上的测点数,且nj>n0;

(22)选取固定半径的螺旋桨,随机取不同的测点数目进行实验,得到不同测点下的误差精度d,形状误差精度d表示为:其中,l,k分别为u,v方向的测点数,Sij为检测得到的测点的向量,T为坐标变换矩阵,Oij为测点在理论曲面上投影点的向量。

5.根据权利要求1‑3任一项所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,步骤(3)对规划的测点数目进行检测路径规划,包括:(31)建立空间三维坐标系,以工作台的回转中心为坐标原点O,螺旋桨叶片横向截面通过叶梢的截面曲线为Y轴,螺旋桨的轴线为Z轴,以垂直于Y轴并经过原点的线为X轴,并根据该坐标系求出各个测点的空间位置;

(32)对叶片形状进行分析,设定叶梢部位为零点,按照一定的角度划分横向截面曲线,该角度通过不断检测得到,原则是能够遍历所有的检测点,其次保证检测过程所走的路程最短,并且不会发生碰撞。

6.根据权利要求1‑3任一项所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,所述步骤(4)包括:

(41)对得到的测点数据进行点云网格化,将点云数据分配到每个空间大小相等的三维立方体中,使得每个立方体中都包含一定点云数据;

(42)把包含的点云通过高斯分布放置在立方体中,点云的高斯分布参数为:式中,μ为对称值参数,σ为形状参数,n为点云数目,T为转换矩阵;

(43)当点云位于方格内部后,根据内部的σ和μ对该点进行判定,设定目标函数,进而得到转换矩阵T,目标函数表示为:

(44)通过Hessian矩阵完成点云配准,得到两个点云集的大致位置。

7.根据权利要求1‑3任一项所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,所述步骤(5)包括:

(51)定义2个点云集合:源点云集P和目标点云集Q,pi∈P,qj∈Q,其中i=1,2,…,M,j=

1,2,…,N,M和N分别代表点云集P和Q包含的点云数目;

(52)通过K‑D Tree进行计算最近距离的点,并通过欧氏距离进行最短距离的求解:K‑D Tree算法先通过K‑D Tree搜索,对节点和分裂节点的K值进行比较,再决定对应的搜索路径,顺着搜索路径找到最近邻的相似点,就是与源数据点位于同一个子空间的结点,接着再去回溯搜索路径,并查找在该路径上是否还有距离更近的数据点,直至找到与源数据点最近的测点。

8.根据权利要求1‑3任一项所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,所述步骤(6)包括:

(61)设定初始变换矩阵为Hessian矩阵,将源点云集P通过初始变换矩阵进行变换,获取新点云集P';

(62)通过分析点集P'与Q的点云特性,利用步骤(5)从检测点云集Q中寻找Pi'的空间最近点qj;

(63)采用以下公式来定义约束条件下的最小二乘(64)求解变换矩阵 并得到新的变换矩阵T1:(65)返回步骤61,重复以上步骤,直到满足收敛条件,完成曲面配准。

9.根据权利要求1或2所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,所述步骤(7)包括:

首先,当两个点云集完成空间配准后,将配准后的点云集坐标导出,分别通过切片法重构NURBS曲面;

其中,点云切片分割时,确定分割区域的分割方向,构造包围盒,通过构造的包围盒的主轴方向进行区域划分,然后,通过等区间分割法,把点云划分至各等分区间;

设随机三点Pti(xi,yi,zi),i=0.1.2,通过三点构面法,求出分割面法矢:然后遍历所有点,判定数据点与区域的归属关系;

进行分割面上点集的边界提取,对点集的凸包边界通过转角法进行提取,步骤如下:(71)首先设定某一坐标轴为参考方向,记作向量V1,寻找该坐标轴上的最小坐标为起点,记作Ps;

(72)在Ps邻域内寻找下一点,遍历该邻域的点,将得到的点与Ps形成向量V2,将产生最大夹角的点加入到边界点集;

(73)设V1=V2,然后按照上述步骤进行搜索,直至找到下一个与Ps相同的边界点;

由上述得到的分割曲面点可直接拟合出各条边界曲线,重新采集点云通过采样或插值的方法,以便形成规则化的点阵,生成NURBS曲线拟合。

10.根据权利要求2所述的基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法,其特征在于,所述步骤(9)包括:

采用精确布尔运算对两个实体模型进行求交,即计算出两个实体模型的位置关系,并计算出两个模型的相交部分;

通过相交线进行布尔运算,包括:

首先进行包围盒检测,通过包围体将模型待测试的区域紧紧的包围起来,得到相交的三角面片,使用快速两两三角形求交算法,求出三角面片的交线;

然后拼接成环,再由环组合成面,使用Delaunay对生成的面进行三角剖分,保留重组模型后表面的区域,舍弃模型内部区域,得到的区域即为需要加工的区域,并对该区域的厚度进行计算。