[发明专利]一种发动机复杂管路轴线提取方法

说明书

本发明涉及一种发动机复杂管路轴线提取方法，具体包括以下步骤：S1.管路点云数据分割：扫描获取发动机管路点云数据，针对扫描获取的管路点云数据，通过弱凸性近似分割算法将管路点云数据和节点数据分割开；S2.分段管路轴线计算：针对分割所得的各分段管路点云数据分别计算局部L1中值点作为管路轴线点；S3.分段管路轴线与节点连接：通过确定割分段管路和节点的拓扑连接关系，完成复杂管路轴线的提取。本发明的一种管路点云数据分割方法实现了管路数据和节点数据的有效分割；利用分治思想，实现了残缺复杂管路轴线的提取，准确性更高。

技术领域

本发明涉及三维模型处理领域，尤其涉及一种发动机复杂管路轴线提取方法。

背景技术

航空发动机上的管路作为飞机的“心血管”，其质量直接影响发动机的可靠性和可维修性。随着航空发动机设计实验技术的数字化发展，对发动机管路数字化设计中的反求建模技术也提出了迫切要求。

近年来从三维激光扫描设备获取模型较为完整的点云数据进行模型的曲面重建技术已经较为成熟，但由于航空发动机外壁的遮挡，扫描设备往往只能获取到管路一半的点云数据。如此大面积的数据缺失使得直接针对管路点云数据进行曲面重建变得几乎不可能。针对类似难题，很多学者研究通过先提取点云模型的轴线，再基于轴线的信息进行曲面重建。轴线是一个模型的形状特征表示，包含了模型的拓扑结构信息，提取轴线的过程实际上是对原始模型的形状特征理解过程。因此提取原始的航空发动机管路点云数据的轴线对管路模型的曲面重建具有重大意义。

针对航空发动机管路扫描数据量大、设计尺寸不统一、管道线路交错、连接节点复杂、扫描数据缺失等问题，本发明提出一种提取航空发动机管路轴线的方法，可以有效地在三维扫描点云中对发动机管路轴线进行提取，可以用于解决发动机管路点云数据的曲面重建问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机复杂管路的轴线提取方法来解决发动机管路由于的扫描数据量大、设计尺寸不统一、管道线路交错、连接节点复杂和扫描数据缺失导致发动机管路点云数据的曲面重建困难的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：提供一种发动机复杂管路轴线提取方法，其创新点在于：具体包括以下步骤：

S1.管路点云数据分割：扫描获取发动机管路点云数据，针对扫描获取的管路点云数据，通过弱凸性近似分割算法将管路点云数据和节点数据分割开；

S2.分段管路轴线计算：针对分割所得的各分段管路点云数据分别计算局部L1中值点作为管路轴线点；

S3.分段管路轴线与节点连接：通过确定割分段管路和节点的拓扑连接关系，完成复杂管路轴线的提取。

进一步的，所述步骤S1中管路数据为用于输送燃油、润滑油物质的部件的点云数据，节点数据为用于管路之间连接、支撑的部件的点云数据，所述用于管路之间连接、支撑的部件包括连接件、卡箍和支架。

进一步的，所述步骤S1中管路点云数据分割的具体方法为：

S11.以点云近似弱凸性为依据，通过谱聚类对管路点云数据进行过分割为分块数据；其中，所述点云弱凸性具体为以两点构建向量x₂x₁，其与两点法线向量n₁、n₂的夹角分别为α₁、α₂，若α₂＜α₁，则两点所在局部表面表示为凸；

S12.针对过分割的分块数据，分别计算其对应形状的直径函数，依据对应的直径函数计算用来表示各块点云数据相似性的相似矩阵；

S13.根据相似矩阵合并相似程度高的过分割点云数据，完成管路点云数据的分割。

进一步的，所述步骤S11中通过谱聚类对管路点云数据进行过分割的具体方法为：