一種葉片截面特征點云的精確劃分方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，通過提取點云中相鄰兩點的中點來實現(xiàn)初步劃分，然后對前、后緣的參數(shù)進(jìn)行精確提取，最后，從初步劃分的葉盆及葉背點集中分別刪除與前、后緣的交集從而實現(xiàn)特征點云的精確劃分。本發(fā)明不僅彌補(bǔ)了凸包算法及其改進(jìn)算法的不足，且不失一般性，適用于更大范圍內(nèi)葉片的截面特征點云的劃分，保證了后續(xù)葉片型面特征參數(shù)的提取的精確性。
【專利說明】一種葉片截面特征點云的精確劃分方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及計算機(jī)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其是一種適用于更大范圍內(nèi)葉片的截面特征點云的劃分精確劃分方法。

【背景技術(shù)】
[0003]葉片是航空發(fā)動機(jī)的核心零部件之一，具有強(qiáng)扭曲、薄壁件、易變形、低損傷等技術(shù)特點。葉片的檢測精度直接影響到發(fā)動機(jī)的性能，所以必須采用嚴(yán)格的檢測手段。大多數(shù)的測量手段都是通過檢測葉片截面的特征參數(shù)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(shù)具有很高的使用價值。
[0004]葉片截面特征點云的精確劃分是提取葉片截面參數(shù)的前提。目前，常用的截面劃分方法大都是基于經(jīng)典凸包算法，或在其基礎(chǔ)上進(jìn)行算法的改進(jìn)，基本上能夠滿足大部分葉片截面的劃分。但對于某些特殊的截面，凸包算法可能將原本屬于葉背上的非凸包點劃分到葉盆上或者直接刪除，導(dǎo)致截面特征參數(shù)的提取精度較差甚至失敗，凸包算法結(jié)果如圖2所示:
圖2中‘ + ’標(biāo)記的點原本屬于葉背，但并非凸包點。在采用凸包算法時，會將這些點略過，直接和前緣上的切點相連，并把標(biāo)記點當(dāng)作葉盆上的點。導(dǎo)致葉背上‘ + ’標(biāo)記段擬合誤差較大，同時葉盆段曲線擬合錯誤。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提出一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，不僅彌補(bǔ)了凸包算法及其改進(jìn)算法的不足，且不失一般性，適用于更大范圍內(nèi)葉片的截面特征點云的劃分，保證了后續(xù)葉片型面特征參數(shù)的提取的精確性。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，包括以下步驟:
1)對葉片各截面進(jìn)行激光測量并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到精簡的點云數(shù)據(jù)；并建立x、Y坐標(biāo)值；
2)將點云數(shù)據(jù)按照X坐標(biāo)值的升序進(jìn)行排序；設(shè)定相鄰兩點的Y坐標(biāo)值變化的閾值，依次查找點云中坐標(biāo)值的變化大于該閾值的相鄰點，得到中點坐標(biāo)；
3)對步驟2)中得到的中點進(jìn)行擬合；并對點云上、下兩部分進(jìn)行初步劃分；
4)選取點云中X坐標(biāo)值最小的點、Y坐標(biāo)值最小的點以及X坐標(biāo)值最大的點；以Y坐標(biāo)值最小的點為基準(zhǔn)點，在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時的對應(yīng)點；
5)將步驟4)中X坐標(biāo)值最小的點、Y坐標(biāo)值最小的點、X坐標(biāo)值最大的點以及在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時的對應(yīng)點所形成的區(qū)間進(jìn)行擬合得出前、后緣，并在一定區(qū)域內(nèi)查找出所有位于前、后緣上的點集； 6)分別求取初步劃分后得到的上、下兩部分與前、后緣點集的交集；并獲得葉盆以及葉背上的點集；
7)對葉盆、葉背上的點分別進(jìn)行插值及擬合實現(xiàn)特征點云的精確劃分。
[0007]本發(fā)明所述的步驟3)中，采用三次多項式對中點進(jìn)行擬合；擬合的方式是:將點云數(shù)據(jù)依次帶入三次多項式中，通過比較點云數(shù)據(jù)和經(jīng)三次多項式得出的Y坐標(biāo)值的大小來實現(xiàn)對點云上、下兩部分的初步劃分。
[0008]本發(fā)明所述的步驟5)中，X坐標(biāo)值最小的點與Y坐標(biāo)值最小的點形成第一區(qū)間；X坐標(biāo)值最大的點以及在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時的對應(yīng)點形成第二區(qū)間；第一區(qū)間與第二區(qū)間以最小二乘法擬合出出前、后緣。
[0009]本發(fā)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(fā)明的有益效果是:對激光測量法測得的葉片截面的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行精確劃分，從而保證后續(xù)不同區(qū)域數(shù)據(jù)點的擬合精度和截面特征參數(shù)的提取精度，為葉片的加工一測量一體化打下了基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0012]圖1是本發(fā)明所要運用的葉片的截面形狀圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用凸包算法的效果圖；
圖3是本發(fā)明點云數(shù)據(jù)的初步劃分圖；
圖4是本發(fā)明的方法效果圖；
圖5是本發(fā)明的方法流程圖。

【具體實施方式】
[0013]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)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(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0014]葉片截面的各部分定義如圖1所示:包括葉盆、葉背、前緣以及后緣。
[0015]在對某些特殊的葉片截面進(jìn)行特征點云的劃分時，常用的凸包算法或改進(jìn)凸包算法存在著明顯的不足，會將原本位于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(biāo)記的點原本屬于葉背，但并非凸包點。在采用凸包算法時，會將這些點略過，直接和前緣上的切點相連，并把標(biāo)記點當(dāng)作葉盆上的點。導(dǎo)致葉背上‘ + ’標(biāo)記段擬合誤差較大，同時葉盆段曲線擬合錯誤。
[0016]考慮到點云數(shù)據(jù)在坐標(biāo)的較小鄰域內(nèi)，葉盆與葉背的坐標(biāo)值變化相對坐標(biāo)值而言變化較明顯。以此為依據(jù)，通過提取點云中相鄰兩點的中點來實現(xiàn)初步劃分，然后對前、后緣的參數(shù)進(jìn)行精確提取，最后，從初步劃分的葉盆及葉背點集中分別刪除與前、后緣的交集從而實現(xiàn)特征點云的精確劃分。具體流程如圖5所示，方法如下:
(I)對由激光測量法測得的葉片各截面的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波除噪、數(shù)據(jù)精簡等操作從而得到精簡的點云數(shù)據(jù)。
[0017](2)將點云數(shù)據(jù)按照坐標(biāo)值的升序排序。設(shè)定相鄰兩點坐標(biāo)值變化的閾值，依次查找點云中坐標(biāo)值的變化大于的相鄰點，并求解中點坐標(biāo)。
[0018](3)采用三次多項式對求取的中點進(jìn)行擬合。將點云數(shù)據(jù)依次帶入擬合出的三次多項式中，通過比較點云數(shù)據(jù)和經(jīng)三次多項式得出的坐標(biāo)值的大小來實現(xiàn)對點云上、下兩部分的初步劃分，如圖3所7]^。
[0019]( 4 )查找點z?中坐標(biāo)值最小的點、坐標(biāo)值最小的點和坐標(biāo)值最大的點。以點為基準(zhǔn)點，在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時對應(yīng)的點。
[0020](5)由截面的幾何關(guān)系可知，區(qū)間和分別為前、后緣上的子集。在區(qū)間和內(nèi)，以最小二乘法擬合出前、后緣，并在指定區(qū)域內(nèi)查找出所有位于前、后緣上的點集，以后緣為例:
設(shè)擬合出的后緣圓心為，半徑為則點到前緣的代數(shù)距離為:，設(shè)定閾值。以點A為起點，查找方向上范圍內(nèi)所有小于的點。
[0021](6)分別求取初步劃分后得到的上、下兩部分與前、后緣點集的交集。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、葉背上的點分別采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(jié)果，本發(fā)明采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，保證了后續(xù)葉片特征參數(shù)提取的精確性
以上說明書中描述的只是本發(fā)明的【具體實施方式】，各種舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的【具體實施方式】做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，其特征在于包括以下步驟: 1)對葉片各截面進(jìn)行激光測量并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到精簡的點云數(shù)據(jù)；并建立X、Y坐標(biāo)值； 2)將點云數(shù)據(jù)按照X坐標(biāo)值的升序進(jìn)行排序；設(shè)定相鄰兩點的Y坐標(biāo)值變化的閾值，依次查找點云中坐標(biāo)值的變化大于該閾值的相鄰點，得到中點坐標(biāo)； 3)對步驟2)中得到的中點進(jìn)行擬合；并對點云上、下兩部分進(jìn)行初步劃分； 4)選取點云中X坐標(biāo)值最小的點、Y坐標(biāo)值最小的點以及X坐標(biāo)值最大的點；以Y坐標(biāo)值最小的點為基準(zhǔn)點，在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時的對應(yīng)點； 5)將步驟4)中X坐標(biāo)值最小的點、Y坐標(biāo)值最小的點、X坐標(biāo)值最大的點以及在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時的對應(yīng)點所形成的區(qū)間進(jìn)行擬合得出前、后緣，并在一定區(qū)域內(nèi)查找出所有位于前、后緣上的點集； 6)分別求取初步劃分后得到的上、下兩部分與前、后緣點集的交集；并獲得葉盆以及葉背上的點集； 7)對葉盆、葉背上的點分別進(jìn)行插值及擬合實現(xiàn)特征點云的精確劃分。
2.如權(quán)利要求1所述的一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，其特征在于:所述的步驟3)中，采用三次多項式對中點進(jìn)行擬合；擬合的方式是:將點云數(shù)據(jù)依次帶入三次多項式中，通過比較點云數(shù)據(jù)和經(jīng)三次多項式得出的Y坐標(biāo)值的大小來實現(xiàn)對點云上、下兩部分的初步劃分。
3.如權(quán)利要求1所述的一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，其特征在于:所述的步驟5)中，X坐標(biāo)值最小的點與Y坐標(biāo)值最小的點形成第一區(qū)間；Χ坐標(biāo)值最大的點以及在初步劃分后點云的下部分查找出斜率最小時的對應(yīng)點形成第二區(qū)間；第一區(qū)間與第二區(qū)間以最小二乘法擬合出出前、后緣。
4.如權(quán)利要求1所述的一種葉片截面特征點云的精確劃分方法，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)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(xué)常州校區(qū)