一种面向叶片三维测量的视点规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向叶片三维测量的视点规划方法及系统，属于光学三维测量技术领域，包括：导入待测叶片的CAD理论模型；将待测叶片的CAD理论模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区域；基于不同区域的特征，采用不同的视点采样方法，生成冗余视点集合；将待测叶片的CAD理论模型转换为均匀的三角网格模型；合并不同区域生成的冗余视点集合，基于待测叶片的三角网格模型，对于视点集合中的每个视点进行可视性评估，合并可视性评估结果，得到可视性矩阵；将视点规划问题转化为集合覆盖问题；求解集合覆盖问题，得到完整叶片三维测量所需的最少数量视点的集合。本发明专利技术能够减少对完整叶片进行三维测量时所需的视点数量，保证测量的数据完整度和效率。数据完整度和效率。数据完整度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向叶片三维测量的视点规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及光学三维测量
，具体涉及一种面向叶片三维测量的视点规划方法及系统。

技术介绍

[0002]叶片是重型燃气轮机、航空发动机、汽轮机中实现能量转换的核心部件，是机组中数量最多也是事故最多的部件。对叶片进行三维测量，验证其制造是否满足设计要求，是保障叶轮机械的能量转换效率达标、防止事故发生的重要手段。
[0003]对叶片的三维测量，与对其他零件的三维测量相比，具有测量精度和测量效率要求较高的特点。使用非接触式的光学方法进行三维测量，如结构光三维测量法，相比于接触式的方法如三坐标机法，能够兼顾测量的精度和效率。然而，由于叶片表面的不连续和复杂性，光学三维测量装置无法通过一次扫描获得完整的叶片模型。如何对具有薄壁和自由曲面特征的叶片制订测量计划，是一项具有挑战性的任务。
[0004]现有的叶片三维测量系统仍以手动规划为主，难以保证测量的数据完整度和效率：光学三维测量装置和叶片之间较差的相对位置会严重影响采集质量，从而无法保证完整的叶片测量；在实际测量前，需要花费大量时间进行试验，制订测量计划；在实际测量中，过多的非必要视点会降低测量效率。
[0005]视点规划能够解决手动规划面临的数据完整度和效率问题。视点规划的定义为：对于给定的成像环境和被测对象，在可接受的计算时间内，在视点空间中找到较少的视点，以达成指定的检测或重建目标。一个视点至少是六自由度的，可以被定义为v＝(x,y,z,α,β,γ)，因此采用视点规划的系统一般包含机械臂。
[0006]现有文献或资料显示，目前的面向叶片三维测量的视点规划方法大多仅针对单条型线，无法保证叶片的完整测量，或难以适应叶片的薄壁和复杂自由曲面特征，造成视点数量冗余、测量数据缺失，效率较低，或依赖于待测目标表面粘贴标志点，标志点粘贴过程较为繁琐。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种面向叶片三维测量的视点规划方法及系统，保证叶片三维测量的数据完整度和效率。
[0008]为了达到上述目的，包括以下步骤：
[0009]一种面向叶片三维测量的视点规划方法，包括以下步骤：
[0010]导入待测叶片的CAD理论模型；
[0011]将待测叶片的CAD理论模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区域；基于不同区域的特征，采用不同的视点采样方法，生成冗余视点集合；
[0012]将待测叶片的CAD理论模型转换为均匀的三角网格模型；
[0013]合并不同区域生成的冗余视点集合，基于待测叶片的三角网格模型，对于视点集
合中的每个视点进行可视性评估，合并可视性评估结果，得到可视性矩阵；基于可视性矩阵将视点规划问题转化为集合覆盖问题；
[0014]求解集合覆盖问题，得到完整叶片三维测量所需的最少数量视点的集合。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述导入待测叶片的CAD理论模型是基于FreeCAD提供的接口导入模型。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述将待测叶片的CAD理论模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区域，是以面积和高度为特征对叶片模型进行划分，具体包括：
[0017]计算待测叶片的CAD理论模型中各NURBS曲面的面积，筛选出面积最大的曲面作为基准型面；
[0018]计算该基准型面的最小高度z
min
、最大高度z
max
；计算h
top
＝z
min
+(z
max
‑
z
min
)*0.8，h
bottom
＝z
min
+(z
max
‑
z
min
)*0.2；
[0019]计算所有曲面的包围盒后，遍历曲面，若曲面包围盒所有角点的z坐标值大于h
top
，该曲面属于叶冠区域；若包围盒所有角点的z坐标值小于h
bottom
，该曲面属于叶根区域；剩余的曲面属于叶身区域。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述基于不同区域的特征，采用不同的视点采样方法，生成冗余视点集合，包括：
[0021]对于叶冠和叶根区域，基于空间采样方法，计算各区域模型的包围盒，以包围盒中心为球心，以光学测量装置的最佳测量距离为半径作球，以球面上采样得到视点；
[0022]对于叶身区域，基于顶点采样方法，将叶身区域的CAD理论模型转换为三角网格模型，接着进行网格简化，遍历简化后的三角网格模型的顶点，以顶点为起点，以顶点法线为方向，偏移光学测量装置的最佳测量距离，得到视点。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述将待测叶片的CAD理论模型转换为均匀的三角网格模型是基于Mefisto方法进行转换。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述对于视点集合中的每个视点进行可视性评估，包括：
[0025]对该视点下光学测量装置中的每个测量器件，分别计算其在满足视场角、景深、入射角、无遮挡等约束条件下，能够测量到的三角面片集合；
[0026]将每个测量器件能够测量的三角面片集合求交集，得到单个视点下光学测量装置能够测量的三角面片集合；
[0027]三角面片集合为单个视点下光学测量装置的合并可视性评估结果；将所有视点下的可视性评估结果进行合并，得到可视性矩阵。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述求解集合覆盖问题采用贪心算法求解。
[0029]一种面向叶片三维测量的视点规划系统，包括以下步骤：
[0030]导入模块，用于导入待测叶片的CAD理论模型；
[0031]生成模块，用于将待测叶片的CAD理论模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区域；基于不同区域的特征，采用不同的视点采样方法，生成冗余视点集合；
[0032]转换模块，用于将待测叶片的CAD理论模型转换为均匀的三角网格模型；
[0033]转化模块，用于合并不同区域生成的冗余视点集合，基于待测叶片的三角网格模型，对于视点集合中的每个视点进行可视性评估，合并可视性评估结果，得到可视性矩阵；
基于可视性矩阵将视点规划问题转化为集合覆盖问题；
[0034]求解模块，用于求解集合覆盖问题，得到完整叶片三维测量所需的最少数量视点的集合。
[0035]一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述面向叶片三维测量的视点规划方法的步骤。
[0036]本专利技术第还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述面向叶片三维测量的视点规划方法的步骤。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0038]本专利技术首先导入待测叶片的CAD理论模型，将模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向叶片三维测量的视点规划方法，其特征在于，包括以下步骤：导入待测叶片的CAD理论模型；将待测叶片的CAD理论模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区域；基于不同区域的特征，采用不同的视点采样方法，生成冗余视点集合；将待测叶片的CAD理论模型转换为均匀的三角网格模型；合并不同区域生成的冗余视点集合，基于待测叶片的三角网格模型，对于视点集合中的每个视点进行可视性评估，合并可视性评估结果，得到可视性矩阵；基于可视性矩阵将视点规划问题转化为集合覆盖问题；求解集合覆盖问题，得到完整叶片三维测量所需的最少数量视点的集合。2.根据权利要求1所述的一种面向叶片三维测量的视点规划方法，其特征在于，所述导入待测叶片的CAD理论模型是基于FreeCAD提供的接口导入模型。3.根据权利要求1所述的一种面向叶片三维测量的视点规划方法，其特征在于，所述将待测叶片的CAD理论模型划分为叶冠区域、叶身区域、叶根区域，是以面积和高度为特征对叶片模型进行划分，具体包括：计算待测叶片的CAD理论模型中各NURBS曲面的面积，筛选出面积最大的曲面作为基准型面；计算该基准型面的最小高度z
min
、最大高度z
max
；计算h
top
＝z
min
+(z
max
‑
z
min
)*0.8，h
bottom
＝z
min
+(z
max
‑
z
min
)*0.2；计算所有曲面的包围盒后，遍历曲面，若曲面包围盒所有角点的z坐标值大于h
top
，该曲面属于叶冠区域；若包围盒所有角点的z坐标值小于h
bottom
，该曲面属于叶根区域；剩余的曲面属于叶身区域。4.根据权利要求1所述的一种面向叶片三维测量的视点规划方法，其特征在于，所述基于不同区域的特征，采用不同的视点采样方法，生成冗余视点集合，包括：对于叶冠和叶根区域，基于空间采样方法，计算各区域模型的包围盒，以包围盒中心为球心，以光学测量装置的最佳测量距离为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄军辉，陈亦麟，王昭，段琼琼，江长鸿，高建民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：