[发明专利]一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及机器人视觉技术领域，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。

背景技术

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，其失效形式大多数是因为疲劳损伤、强度不足造成的腐蚀、划道、断裂等，大多数损伤出现在边角处。由于拿不到原始叶片的CAD模型，无法用求差的方法获得缺失部分；同时在叶片缺损极小(缺损部位占叶片长度不超过2％)不影响叶片的拓扑结构的前提下，可以应用三维重建方法的方法对叶片进行修复重建。

广东工业大学李志等人(参见李志,高健,吴海东.面向扭曲叶片修复的曲面重构技术研究[J].机械设计与制造,2012(10):147-149)将数据点分段处理，用B样条高精度的分段拟合曲线，此方法虽然精度高，但是缺少对边界点云的提取使得拟合结果在一定程度上精度变差。天津工业大学赵娜等人(参见赵娜,李亮玉,刘杰,等.飞机叶片焊接修复中的三维测量重构技术[J].焊接学报,2014,35(6):73-76.)对叶顶缺损的叶片重构进行了研究，以三次Coons曲面作为基面去逼近无约束曲面，利用优化理论进行迭代得到曲面控制点，然后由NUBRUS理论对曲面拼接修剪，得到复原的叶片三维模型。但此方法没有考虑逼近时曲线曲面的相似性，可能会造成延伸光顺性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种航空发动机压气机叶片叶尖缺损的三维重建方法。该方法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；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；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；将缺损部位以外的点云拟合成B-Spline曲面；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。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供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％；