[发明专利]基于三维点云航空发动机管路全范围间隙测量方法及应用

说明书

一种基于三维点云航空发动机管路全范围间隙测量方法及应用，包括管道段在全场景范围的最小间隙测量和管路延轴线全范围的各段最小间隙测量。在待检航空发动机三维点云上分割出管路实例，将各条管路视为圆柱段的序列；在各管路上采集并拟合初始圆柱段，采集圆柱段轴心所在正截面的点集并搜索至轴心距离最近的管道段外部点，该距离作为段管道在全场景中最小间隙；延初始圆柱段轴向两端分别地检测并拟合管道段，对各管道段最小间隙测量，实现各条管路在全发动机场景中延轴线全范围的间隙测量。本发明能精确、高效地测量航空发动机或其他多条复杂分布的自由弯曲长管道的间隙，具有抗杂乱场景干扰、抗点云噪声、间隙测量范围全面的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于三维点云的航空发动机管路全范围间隙测量方法及其应用，属于工业视觉领域，特别涉及三维视觉领域。

背景技术

随着工业制造和装配领域的快速发展，各国越来越注重工业水平的提高，尤其是航空领域，航空发动机作为一种核心航空器件，从设计、加工到装配都具有极其严格的要求。为保证运行过程中的稳定性与安全性，在航空发动机装配结束后需要进行一系列严密的整体检测工作。管路作为发动机外部分布最为广泛的部件，是发动机的燃油系统、滑油系统、空气系统、防冰系统和测试系统传输介质的主要载体，管路与管路之间、管路与机体之间合格的间隙是发动机安全稳定运行重要条件之一，所以精准测量航空发动机管路系统中错综复杂的各条管路在整个发动机体全范围的间隙是发动机整机检测的重要环节。

航空发动机管路系统的全范围间隙自动测量是一项极具挑战性的任务，主要有两大难点：

1）大量管路密布在结构复杂的机体上，存在交叉、层叠、部分遮挡等情况，在杂乱场景中自动地检出所有完整管道用于间隙测量是一大难点；

2）各条管路处于各种自由弯曲的形态，覆盖较长的空间范围，在全场景中对管道整个长度范围的各段进行精准的最小间隙测量是一个难点。

现有的航空发动机间隙测量方法主要采用接触式的方法，即通过人工使用塞规、塞尺检测管路间隙，该种方法存在测量效率低、测量范围有限的问题，难以获得精确的最小间隙值，同时，接触式的工具使用存在着对机体造成轻微划伤的风险。面对密集大量的管路全范围间隙检测任务，采用自动的最小间隙监测方法对提升工业装配和质检效率具有重要意义。

视觉技术在工业智能制造中发挥着重要的作用，视觉技术主要基于二维图像或三维视觉重建对场景进行检测、测量和高层次理解。在航空发动机管路系统间隙测量任务上，二维图像由于缺少真实场景的几何距离和尺寸信息，无法实现精密的三维空间测量；三维点云作为一种三维空间的采样数据，含有空间真实结构和距离信息，是实现三维几何测量的重要数据模态。近年来，随着三维采集技术的快速发展，三维传感器越来越普及，三维点云数据的获取也更加便捷，对工业制造和质检领域的自动化、智能化水平提升具有重要意义。现有的基于三维点云的管路分析方法大多关注管路的提取和建模，对全范围间隙测量的研究仍是个空白。本发明设计了基于三维点云的航空发动机管路全范围间隙测量方法，可实现自动、高效、准确、完整地监测大型航空发动机体表面复杂分布的管路各位置在整个场景中的间隙，对保障发动机体的装配质量和运行安全具有重要价值。

发明内容

针对航空发动机上的三维自由弯曲的长管道各段在航空发动机体中的间隙测量问题，提供一种基于三维点云的的航空发动机管路全范围间隙测量方法，该方法适应分布于复杂发动机体中粗细不同、长度覆盖范围大、弯曲程度不同的管道系统，实现多管道在复杂场景中的全方位全范围精确间隙测量。

本发明总体设计思路为：首先在待检航空发动机三维点云上分割出管路实例，将各条管路表示为圆柱段的序列，在各管路上采集并拟合初始圆柱段，采集圆柱段轴心所在正截面的点集，在点集中搜索至轴心距离最近的管道段外部点，该最小距离即作为该段管道在全场景中的最小间隙；延初始圆柱段轴向两端分别有序地检测并拟合管道段，对各管道段进行上述最小间隙测量，最终实现各条管路在全发动机场景中延轴线全范围的间隙测量。