一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法技术

本发明专利技术公开了一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法，其特征在于该方法采用包括以下步骤：1)利用光学三维测量法对可修复的磨损叶片进行测量，得到叶片的点云；2)用平滑滤波法去除三维测量时的误差点云，用包围盒法精简点云；3)借鉴Otsu阈值法，计算边界点云和曲面点云的类间方差的最大值，区分边界点云和叶片点云；通过边界点云两个相互垂直方向上的主曲率的比值的大小比较来判断边界点云是在未缺损区域边界上还是在缺损区域的边界；用最小二乘法将得到的边界点云拟合成边界线；4)将缺损部位以外的点云拟合成B‑Spline曲面；5)对缺损区域的边界点云进行相似性延伸，得到完整的三维模型。经检测，延伸的相似性度量值不超过0.2mm。

Three dimensional reconstruction method for blade tip defect of Aeroengine Compressor Blade

The invention discloses a method for 3D reconstruction of aero engine compressor blade tip defect, which is characterized in that the method comprises the following steps: 1) to measure the wear of blades can be repaired by optical 3D measurement method, get the blade point cloud; 2) to remove the error when measuring the 3D point cloud with smooth filtering method using the bounding box method, streamlining point cloud; 3) using Otsu threshold method, maximum value calculation of boundary point cloud and surface point cloud variance, distinguish the boundary point cloud and leaf point cloud; ratio through the main curved boundary point clouds of two mutually perpendicular directions on the magnitude of the rate of comparison to determine the boundary point cloud is in the defect area boundary or in the defect region boundary; using the least squares method will get the boundary point cloud fitting boundary line; 4) the defect site outside of the point cloud is fitted to B Spline surface; 5) of defect The boundary points of the region are extended by similarity, and a complete 3D model is obtained. After testing, the similarity measure of extension does not exceed 0.2mm.

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法
本专利技术涉及机器人视觉
，具体是一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，国内对航空出行的需求量也在不断增加。据预测，我国民用航空器的数量在2025年将达到14000架左右。而由于飞机各部件的日益损耗，待维修的飞机数量也在日益增加，据美国TeamSAI公司分析，2025年我国仅航空发动机压气机叶片的维修市值就将高达13～14亿美元。由于我国自身修复技术还不够成熟，以及国外对关键维修技术进行技术封锁，所以目前我国可修复的受损压气机叶片大部分送往国外维修，维修成本高，维修周期较国外正常维修周期平均增加十五天左右，在飞机维修期间，飞机运营公司在飞机非运营的状态下，还将承担高昂的停场费，进一步增加维修成本。为实现压气机叶片快速、高精度的自动焊接修复，叶片三维数据获取后重建是至关重要的一步。叶片为满足其复杂的空气动力学要求，通常被设计成空间自由曲面，其每个截面的形状都不相同，截面形状一般呈中间厚两边薄的扭曲柳叶状，使得叶片三维数据重构具有相当大的困难。由于压气机叶片一般工作在高温高压的内涵道中，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)光学三维测量：利用光学三维测量法对可修复的磨损叶片进行测量，得到叶片的点云；所述可修复的磨损叶片是指叶片叶尖缺损部位的长度≤叶片总长度的2％；(2)点云预处理：用平滑滤波法去除误差点云，用包围盒法精简点云；(3)边界提取：将预处理后的点云按照曲率特征划分为边界点云和曲面点云两部分；首先，分别计算边界点云和曲面点云的类间方差；然后，确认划分出来的边界点云是在未缺损区域边界上还是在缺损区域的边界，用边界点云两个相互垂直方向上的主曲率的比值k

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)光学三维测量：利用光学三维测量法对可修复的磨损叶片进行测量，得到叶片的点云；所述可修复的磨损叶片是指叶片叶尖缺损部位的长度≤叶片总长度的2％；(2)点云预处理：用平滑滤波法去除误差点云，用包围盒法精简点云；(3)边界提取：将预处理后的点云按照曲率特征划分为边界点云和曲面点云两部分；首先，分别计算边界点云和曲面点云的类间方差；然后，确认划分出来的边界点云是在未缺损区域边界上还是在缺损区域的边界，用边界点云两个相互垂直方向上的主曲率的比值k2/k1的大小比较来判断；最后，用最小二乘法将得到的边界点云拟合成边界线；(4)曲面重建：采用B-Spline的方法，将缺损部位以外的点云拟合成B-Spline曲面；(5)边界延伸：对缺损区域的边界点云进行相似性延伸；利用原叶片曲面中平行于缺损区域的上边缘的各截面线的形状，在计算机中生成与叶片叶尖缺失部分x向相近的并且平行于未缺损区域的直线的曲率的变化趋势；在修补x向缺损区域时候，使得x向每层的曲线的曲率的变化趋势与在计算机中生成的变化趋势相同；在修补y向缺损区域时候，考虑x向各个截面线的相似性；当x、y两个方向都修复完成时，即完成一个曲面的延伸；按照以上方法对叶盆、叶背以及缺损区域的上边缘进行延伸，得到完整曲面。2.根据权利要求1所述的航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法，其特征在于光学三维测量法是向可修复的磨损叶片投影正弦条纹，得到新的相位和高度的关系h’＝f(Δφ’)与之前标定的h进行比较，得到叶片的点云。3.根据权利要求1所述的航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法，其特征在于边界提取的具体步骤如下：(1)将点云按照靠近边界的远近划分为M级别，第i级点云的数量为ni，总点云数量为N，第i级点云概率占Pi＝ni/N；通过划分找到...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴士杰，宋涛，周国霞，吕海东，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12