离心泵叶轮的三维重构方法技术

本发明专利技术公开了一种离心泵叶轮的三维重构方法，通过三维激光扫描仪获取叶轮的点云数据，根据叶轮的点云数据，获取叶轮的轴面曲线数据，基于遗传算法计算得到叶片轴面数据，通过BP神经网络插值修补叶片的空间数据，最终导入三维设计软件中建立三维模型。本发明专利技术克服了传统设计方法中叶片几何形状的定义、修改等诸多的不便，能够实现叶片逆向建模，测绘精度高，准确可靠。准确可靠。准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
离心泵叶轮的三维重构方法


[0001]本专利技术涉及叶轮测绘
，具体涉及一种离心泵叶轮的三维重构方法。

技术介绍

[0002]叶轮是泵的重要组成构件，在泵的使用过程中，叶轮高速旋转且与液体直接接触，其表面极易受到磨损和腐蚀，需要经常更换。叶轮维修、叶轮检测等均需要对叶轮进行逆向建模。但是由于叶轮叶片的形状测绘难度较大，即便是采用激光三维测绘仪，也不可能直接无损测得叶轮三维数据进行逆向建模。因此，对于叶轮逆向建模难度很高，效率低。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种测量方便可靠，测量精度高的离心泵叶轮的三维重构方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案：
[0005]一种离心泵叶轮的三维重构方法，包括以下步骤：
[0006](1)通过三维激光扫描仪获取叶轮的点云数据，利用Geomagic将叶轮的点云数据进行标准坐标系对齐，以ZOX平面作为轴面坐标，以Z轴作为旋转轴建立标准坐标系；通过三维激光扫描仪获取整个叶轮可见部位的点云数据，将叶轮的点云数据进行标准坐标系对齐，以便于在标准坐标系下对叶轮点云数据进行处理，获取叶轮关键模型信息；
[0007](2)根据叶轮的点云数据，获取叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面的点云数据，并分别导出叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面的坐标点数据；叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面坐标是对叶轮进行重构的关键；
[0008](3)将叶轮的点云数据导入python软件中，采用三段式计算叶轮的轴面曲线：
[0009](a)建立计算模型：
[0010]直线段目标函数为minΣ(y
i
‑
kx
i
‑
b)，
[0011]圆弧段目标函数为min(Σ((x0‑
x
i
)2+(y0‑
y
i
)2)
‑
R2)，
[0012]式中(x0，y0)为圆心坐标，R为圆弧半径，k为一次函数斜率，b为一次函数截距，x
i
为轴面点横坐标，y
i
为轴面点纵坐标；
[0013](b)建立约束条件：
[0014]以(x0，y0)为圆心坐标位置区域为约束条件，基于遗传算法计算得到叶片前后流线及叶片进出口流线；
[0015]测绘得到的叶轮轴面及叶片数据不完整，需要根据测绘得到的点云数据基于遗传算法对叶轮数据进行补齐，得到完整的叶轮轴面图；
[0016](4)对步骤(3)得到叶片前后流线及叶片进出口流线区域进行网格离散；作为后续补全叶片数据的基础，来计算所有网格坐标点(x
i
，y
i
)对应的θ
i
值；
[0017](5)根据步骤(1)的标准坐标系，将三维空间上的叶片工作面、叶片背面和叶轮轴面曲线的坐标点数据(x，y，z)，通过圆柱坐标表示为(x，y
’
，θ)，绕X轴的坐标变换矩阵为：
其中θ表示为旋转角度；
[0018]为了方便建模和将所有点云数据约束到叶片前后流线及叶片进出口流线区域内，根据叶片前后流线及叶片进出口流线数据进行计算；
[0019](6)在叶片前后流线及叶片进出口流线网格区域内，基于BP神经网络计算叶片工作面和叶片背面的缺失数据点坐标；这些缺失数据点坐标为了重构整个叶片工作面和背面的三维坐标点；
[0020](7)将计算得到的叶片工作面和叶片背面的缺失数据点坐标导入三维设计软件中建立三维模型。
[0021]相比现有技术，本专利技术根据逆向测绘得到的叶轮在三维空间上的点云坐标，再通过遗传算法获得叶轮轴面，通过BP神经网络插值修补叶片的空间数据。本专利技术克服了传统设计方法中叶片几何形状的定义、修改等诸多的不便，能够实现叶片逆向建模，测绘精度高，准确可靠。
附图说明
[0022]图1为本专利技术流程示意图；
[0023]图2为本专利技术中叶轮模型扫描图；
[0024]图3为本专利技术中叶轮轴面曲线图；
[0025]图4为本专利技术中叶片前后流线及叶片进出口流线图；
[0026]图5为本专利技术中叶片轴面离散数据图；
[0027]图6为本专利技术中叶片三维空间坐标变换图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾
斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0030]如图1至图6所示，本具体实施方式中的离心泵叶轮的三维重构方法，包括以下步骤：
[0031](1)通过三维激光扫描仪获取叶轮的点云数据，利用Geomagic将叶轮的点云数据进行标准坐标系对齐，以ZOX平面作为轴面坐标，以Z轴作为旋转轴建立标准坐标系；
[0032](2)根据叶轮的点云数据，获取叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面的点云数据，并分别导出叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面的坐标点数据；
[0033](3)将叶轮的点云数据导入python软件中，采用三段式计算叶轮的轴面曲线：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离心泵叶轮的三维重构方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)通过三维激光扫描仪获取叶轮的点云数据，利用Geomagic将叶轮的点云数据进行标准坐标系对齐，以ZOX平面作为轴面坐标，以Z轴作为旋转轴建立标准坐标系；(2)根据叶轮的点云数据，获取叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面的点云数据，并分别导出叶轮轴面曲线、叶片工作面和叶片背面的坐标点数据；(3)将叶轮的点云数据导入python软件中，采用三段式计算叶轮的轴面曲线：(a)建立计算模型：直线段目标函数为min∑(y
i
‑
kx
i
‑
b)，圆弧段目标函数为min(Σ((x0‑
x
i
)2+(y0‑
y
i
)2)
‑
R2)，式中(x0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴发，马文生，白小榜，柯阳，徐小东，喻德辉，
申请(专利权)人：重庆水泵厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：