專利名稱：一種基于移動(dòng)最小二乘法確定葉片最大厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于葉片加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于確定葉片的最大厚度的方法及相應(yīng)的葉片加工質(zhì)量改善方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、艦船螺旋槳槳葉等多種設(shè)備來(lái)說(shuō)，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高性能、工作安全性、可靠性以及壽命的要求，葉片必須具有精確的尺寸、準(zhǔn)確的形狀和嚴(yán)格的表面完整性。葉片的幾何形狀和尺寸在很大程度上影響機(jī)器設(shè)備的性能，其中用于描述葉片特性的主要有前后緣直徑、最大厚度以及中弧線的長(zhǎng)度等特性參數(shù)?，F(xiàn)在可以通過工業(yè)CCD相機(jī)并采用非接觸式測(cè)量中的激光掃描技術(shù)，來(lái)得到葉片的密集三維點(diǎn)云也即反映葉片外觀表面的點(diǎn)數(shù)據(jù)的集合。相比于傳統(tǒng)的用柔性關(guān)節(jié)臂以及三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量的接觸式測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，這種激光測(cè)量方式可以得到更多更密的葉片參數(shù)點(diǎn)，由此可以很大程 度上提高葉片參數(shù)提取的精度。但相應(yīng)地，給葉片點(diǎn)云數(shù)據(jù)的后期處理提出了更高的要求。傳統(tǒng)的用于提取葉片特性參數(shù)的方法是用擬合方式來(lái)擬合曲線，但是由于擬合出來(lái)的曲線未經(jīng)過原數(shù)據(jù)點(diǎn)，導(dǎo)致在擬合過程中具有很大的擬合誤差，所以這樣必然會(huì)導(dǎo)致提取的參數(shù)精度較差。此外，非接觸式測(cè)量由于以二維圖像為輸入，應(yīng)用立體視覺、相位輪廓術(shù)等計(jì)算第三維坐標(biāo)值，受測(cè)量距離限制，直接采集的反映葉片表面性狀的點(diǎn)云同設(shè)計(jì)曲面在三維坐標(biāo)下可能存在不同的尺度形變。因此，在對(duì)譬如工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)用葉片測(cè)量其最大厚度的過程中，如何根據(jù)葉片型面特性參數(shù)自身的特點(diǎn)，進(jìn)一步提高測(cè)量精度并減少運(yùn)算復(fù)雜程度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和技術(shù)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于移動(dòng)最小_■乘法來(lái)確定葉片的最大厚度的方法，通過該方法，能夠盡可能地消除擬合誤差，并提高所確定的葉片特性參數(shù)的精度。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于確定葉片的最大厚度的方法，該方法包括(I)為待測(cè)量的葉片建模，對(duì)該葉片測(cè)量模型截取多個(gè)截面并分別生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；(2)提取步驟(I)所生成的各個(gè)截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以分別獲得凸包，利用所述凸包通過擬合方式獲得葉片截面的前、后緣圖形，同時(shí)將剩余的點(diǎn)分成上下兩段，由此獲得分別反映葉片截面葉盆、截面葉背兩個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)；(3)通過迭代算法獲得有關(guān)葉片最大厚度的初始位置，該步驟具體包括以下過程依次取所述葉盆區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)并計(jì)算其與所述葉背區(qū)域上的所有點(diǎn)之間的距離中的最大距離，然后從這些最大距離中求出其中的最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)即為用于確定葉片最大厚度的初始位置的點(diǎn)；
(4)在所獲得的所述初始位置的點(diǎn)附近，通過移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合，由此在葉盆區(qū)域、葉背區(qū)域分別獲得更密集的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)；(5)利用步驟(4)所獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)，再次執(zhí)行步驟(3)中的迭代算法，由此求出所述最小值并將其作為最終確定的葉片最大厚度。通過以上構(gòu)思的用于確定葉片最大厚度的方法，由于采用移動(dòng)最小二乘法來(lái)對(duì)葉片截面的葉背、葉盆執(zhí)行擬合，可獲得可更高精度地反映這些區(qū)域特性的點(diǎn)，相應(yīng)地，對(duì)這些點(diǎn)執(zhí)行迭代處理可較大程度地提高所獲得的葉片最大厚度的準(zhǔn)確性；此外，由于對(duì)整體的流程而言，通過采用了離散分布的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算葉片最大厚度，與經(jīng)過曲面擬合后再計(jì)算彎曲度誤差的方式相比，能夠在減少計(jì)算步驟的同時(shí)保證最終測(cè)量結(jié)果的精確性。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述獲得凸包的過程包括 (i)對(duì)步驟(I)所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用矩形區(qū)域腐蝕法來(lái)確定凸包的邊界區(qū)域，由此刪除冗余點(diǎn)，該步驟具體包括以下過程從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找出S1、S2、S3、S4四個(gè)點(diǎn)，其中SI點(diǎn)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S2點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的X坐標(biāo)值減去I坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S3點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S4為將各個(gè)點(diǎn)的y坐標(biāo)值減去X坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；依次經(jīng)過所述SI和S2兩點(diǎn)中y坐標(biāo)值相對(duì)較大的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過S3和S4兩點(diǎn)中y坐標(biāo)值相對(duì)較小的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過SI和S4兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對(duì)較大的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，以及經(jīng)過S2和S3兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對(duì)較小的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，由此構(gòu)建一個(gè)矩形區(qū)域；然后利用腐蝕法將落入到該矩形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)去除，留下的點(diǎn)集即構(gòu)成凸包的邊界區(qū)域；(ii)從所獲得的凸包邊界區(qū)域中提取其中的極值點(diǎn)，并用這些極值點(diǎn)構(gòu)成初始凸包；(iii)將通過步驟(ii)所獲得的初始凸包上的所有點(diǎn)分別按照其x、y坐標(biāo)值以從小到大的次序排序，由此得到有關(guān)這些點(diǎn)的X坐標(biāo)值排序表H和y坐標(biāo)值排序表V ；(iv)從所述排序表H調(diào)出其中處于第一位的點(diǎn)，并根據(jù)下列的判別函數(shù)
Xa Xb Xpxb Xc Xp
S(A,B,P)=ya yb &和*SXS，C，P) = ^又仏來(lái)分別判定是否將該點(diǎn)用于構(gòu)成新的凸 I I II I I
包；其中xa、ya和xb、yb和x。、y。分別為通過步驟(ii)所獲得的初始凸包上任取的相鄰三點(diǎn)A、B、C的X坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值，xp, yp分別為所調(diào)出點(diǎn)PWx坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值，并且當(dāng)S (A，B，P) > 0且S (B，C，P)彡0時(shí)，則將所調(diào)出點(diǎn)P作為新的凸包點(diǎn)增加到A、B之間，而當(dāng)S(A, B，P) > 0且S(B，C，P) > 0時(shí)，則將所調(diào)出點(diǎn)P作為新的凸包點(diǎn)增加到A、C之間并刪掉B點(diǎn)，在經(jīng)過上述處理之后，從所述排序表H中刪除所述調(diào)出的點(diǎn)P ；(V)接著從所述排序表V、H中依次交替調(diào)出其中處于最后一點(diǎn)和第一位的點(diǎn)，并按照與步驟(iv)相同的方式來(lái)判定所調(diào)出點(diǎn)是否用于構(gòu)成新的凸包，其中作為判定比較對(duì)象的相鄰三點(diǎn)A、B、C從經(jīng)過每次過判定過程后所構(gòu)成的新的凸包點(diǎn)選出；如此循環(huán)執(zhí)行以上過程，直至所述排序表H、V都為空為止，同時(shí)將最后所構(gòu)成的凸包作為最終確定的凸包。通過對(duì)凸包提取過程的優(yōu)化，尤其是通過了特別設(shè)計(jì)的矩形區(qū)域腐蝕法來(lái)刪除冗余點(diǎn)，這樣與其他常規(guī)的凸包提取方式相比，能夠較大程度地提高運(yùn)算效率；此外，通過采用本發(fā)明所選用的凸包判定原則，能夠提高最終獲得的凸包的精度，并尤其適用于對(duì)譬如工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)用葉片之類的特殊結(jié)構(gòu)的葉片最大厚度測(cè)量。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(4)通過移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合的過程中，取與步驟
(3)所獲得的最小值所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)各自相鄰且分別處于葉片和葉背區(qū)域上的兩個(gè)點(diǎn)，并與這兩個(gè)點(diǎn)之間的距離作為擬合半徑來(lái)進(jìn)行擬合。通過將擬合半徑具體限定為與初始位置點(diǎn)分別相鄰的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離相等，這樣一方面避免了由于葉片截面上兩點(diǎn)距離不均而導(dǎo)致的擬合過程的誤差，另一方面還可以避免在常規(guī)擬合過程中由于擬合半徑選取不當(dāng)而造成的影響區(qū)域過大或過小的缺陷，通過較多的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐表明，上述擬合半徑能夠較好地反映原始點(diǎn)的特征，并能同時(shí)保證整個(gè)擬合過程的精度。、
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在確定擬合半徑之后，可以將其按照一定倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，由此確定新的擬合半徑來(lái)多次進(jìn)行擬合，并從多次擬合結(jié)果中選出精度最高的結(jié)果來(lái)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過調(diào)整擬合半徑的倍率，這樣可以重復(fù)地多次執(zhí)行葉片截面的葉盆、葉背區(qū)域的擬合，并從中選出精度最高的擬合結(jié)果來(lái)執(zhí)行后續(xù)處理，由此便于獲取與實(shí)際更為貼合的葉片最大厚度測(cè)量結(jié)果。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述葉片為工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)用葉片。由于工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)用葉片自身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對(duì)難以測(cè)量，因此一般會(huì)對(duì)其采用非接觸式的測(cè)量來(lái)確定其型面特性，通過本發(fā)明，直接對(duì)測(cè)量獲得多個(gè)離散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，這樣在保證測(cè)量精度的同時(shí)能夠減少數(shù)據(jù)運(yùn)算的復(fù)雜度，因而尤其適用于對(duì)工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的加工彎曲度誤差進(jìn)行測(cè)量。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于改善葉片加工質(zhì)量的方法，該方法運(yùn)用以上方式獲得葉片的最大厚度，并根據(jù)該最大厚度來(lái)判斷葉片性能及加工質(zhì)量，然后相應(yīng)調(diào)整葉片加工參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片加工質(zhì)量的改善?？傮w而言，按照本發(fā)明的用于確定葉片的最大厚度的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在I、通過采用移動(dòng)最小二乘法來(lái)對(duì)葉片截面的葉背、葉盆執(zhí)行擬合，可較大程度地提高所獲得的葉片最大厚度的準(zhǔn)確性；此外，通過采用了離散分布的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算葉片最大厚度，能夠在減少計(jì)算步驟的同時(shí)保證最終測(cè)量結(jié)果的精確性；2、通過對(duì)凸包提取過程的優(yōu)化，可以大量的刪除冗余點(diǎn)由此提高運(yùn)算效率，此外，能夠保證最終獲得的凸包的精度；3、按照本發(fā)明的用于確定葉片的最大厚度的方法，由于在操作過程中考慮葉片自身的結(jié)構(gòu)特征，并采用了對(duì)待測(cè)量的葉片進(jìn)行建模、獲取點(diǎn)云并提取凸包、通過對(duì)葉片截面前后緣進(jìn)行擬合而獲得葉片截面的葉盆和葉背的特征點(diǎn)，以及對(duì)特性點(diǎn)的加密處理等技術(shù)手段，并能解決現(xiàn)有技術(shù)中難以準(zhǔn)確測(cè)量葉片最大厚度的技術(shù)問題，相應(yīng)獲得快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測(cè)量葉片的最大厚度的技術(shù)效果，因此適用于譬如工業(yè)用發(fā)動(dòng)機(jī)葉片之類的葉片零件的加工并有助于改善其制造效果并提高成品質(zhì)量。


圖I是按照本發(fā)明用于顯示葉片最大厚度的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用于顯示葉片截面點(diǎn)云的示意圖；圖3是用于顯示通過本發(fā)明采用凸包算法所分離出的反映葉片截面葉盆區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)的示意圖；圖4是用于顯示過本發(fā)明采用凸包算法所分離出的反映葉片截面葉背區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)的示意圖；圖5是按照本發(fā)明的基于移動(dòng)最小二乘法來(lái)確定葉片最大厚度的整體流程示意圖；
圖6是按照本發(fā)明的矩形區(qū)域腐蝕法的示意圖；圖7是按照本發(fā)明按照本發(fā)明采用移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合所獲得的結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。傳統(tǒng)的用于提取葉片特性參數(shù)如最大厚度的方法是用擬合方式來(lái)擬合曲線，但是由于擬合出來(lái)的曲線未經(jīng)過原數(shù)據(jù)點(diǎn)，導(dǎo)致在擬合過程中具有很大的擬合誤差；此外，非接觸式測(cè)量方式雖然可以得到更多更密的葉片參數(shù)點(diǎn)，但由于受測(cè)量距離限制，直接采集的反映葉片表面性狀的點(diǎn)云同設(shè)計(jì)曲面在三維坐標(biāo)下可能存在不同的尺度形變。因此，本發(fā)明希望構(gòu)思一種新的用于確定葉片最大厚度的方法，其通過采用離散分布的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算葉片最大厚度，由此在減少計(jì)算量的同時(shí)保證最終測(cè)量結(jié)果的精確性，尤其是通過采用移動(dòng)最小二乘法來(lái)對(duì)葉片截面的葉背、葉盆執(zhí)行加密和擬合，相應(yīng)可較大程度地提高所獲得的葉片最大厚度的準(zhǔn)確性。圖I是按照本發(fā)明用于顯示葉片最大厚度的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I中所示，葉片的各個(gè)截面可劃分為四個(gè)區(qū)域，即圖I中位于圖形左側(cè)的前緣區(qū)域、位于圖形右側(cè)的后緣區(qū)域，以及分別處于圖形上、下部位的葉盆區(qū)域和葉背區(qū)域。其中反映葉片最大厚度的葉片特性參數(shù)，通常用葉盆與葉背之間所夾的最大內(nèi)切圓的直徑來(lái)定義。相應(yīng)地，如何更精確地確定該內(nèi)切圓分別與葉片各個(gè)截面的葉盆與葉背之間的切點(diǎn)位置，對(duì)于測(cè)量葉片最大厚度的過程起著關(guān)鍵作用。按照本發(fā)明，提供了一種用于確定葉片的最大厚度的方法，如圖5中所示，該方法具體包括以下過程首先，為待測(cè)量的葉片建模，對(duì)建模后所獲得的該葉片測(cè)量模型截取多個(gè)截面譬如9個(gè)截面，并生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。接著，分別提取葉片測(cè)量模型中的各個(gè)截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，相應(yīng)分別獲得各個(gè)截面的凸包，圖2中顯示了其中一個(gè)截面的凸包。在獲得凸包之后，可以譬如通過圖形擬合的方式獲得葉片各個(gè)截面的前、后緣圖形，由于凸包呈有序排列的離散點(diǎn)形式，在形成葉片截面的前、后緣圖形之后，剩余的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)分別處于上下兩段，也即分別代表了葉片截面的葉盆部位和葉背部位的特性，具體如圖3和圖4中分別所示。
接著，可以通過迭代算法來(lái)獲得有關(guān)葉片最大厚度的初始位置，該步驟具體包括以下過程依次取所述葉盆區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)并計(jì)算其與所述葉背區(qū)域上的所有點(diǎn)之間的距離中的最大距離，然后從這些最大距離中求出其中的最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)即為用于確定葉片最大厚度的初始位置的點(diǎn)。具體如圖3和圖4中所示，譬如從圖3中的用來(lái)表示葉片區(qū)域特性的12個(gè)離散點(diǎn)中，按照從左到右的次序依次求出每個(gè)點(diǎn)分別與圖4中用來(lái)表示葉片區(qū)域特性的14個(gè)點(diǎn)之間的距離中的最大距離,相應(yīng)獲得12個(gè)最大值,然后取這12個(gè)最大值中的相對(duì)最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)(其中一個(gè)處于葉片區(qū)域，另外一個(gè)處于葉背區(qū)域)即可用來(lái)確定葉片最大厚度的初始位置?？紤]到上述離散點(diǎn)數(shù)量上的不足可能會(huì)影響到對(duì)葉片最大厚度的精確測(cè)量，本發(fā)明中希望在以上步驟所獲得的兩個(gè)點(diǎn)附近，通過移動(dòng)最小二乘法來(lái)進(jìn)行擬合，由此在葉片各個(gè)截面的葉盆區(qū)域、葉背區(qū)域分別獲得更密集的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)?；谝苿?dòng)最小二乘法(moving least squares)的曲線曲面擬合方式本身屬于本領(lǐng)域的已知技術(shù),與傳統(tǒng)的最小二乘法相比，兩個(gè)較大的改進(jìn)在于擬合函數(shù)由一個(gè)系數(shù)向量a(x)和基函數(shù)p(X)構(gòu)成，這里a(x)不是常數(shù)而是坐標(biāo)X的函數(shù)；此外，引入了緊支的概念，認(rèn)為點(diǎn)X處的值y只受X附 近子域(影響區(qū)域)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的影響，因此可以在該影響區(qū)域上定義一個(gè)權(quán)函數(shù)W(X)。這樣，可以利用相應(yīng)公式/(4 ==進(jìn)行擬合，并取得其他擬合方式無(wú)法比擬的精度和光滑度。圖7是按照本發(fā)明采用移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合所獲得的結(jié)果示意圖。如圖7中所示，可以看出在以前的原始點(diǎn)(如圖中實(shí)心點(diǎn)所示)的附近，分別增加新的數(shù)據(jù)點(diǎn)(如圖中星形點(diǎn)所示)并且該新的擬合點(diǎn)與原數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的誤差很小，可以形成了更為密集的分布點(diǎn)并能更完整地反映葉盆與葉背的原始特征，因此該過程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的點(diǎn)的密集化處理。在具體擬合過程中，可以首先找出在第一次迭代過程中所獲得的最小值所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)(也即用來(lái)表示葉片最大厚度的初始位置的兩個(gè)點(diǎn))，然后找出與這兩點(diǎn)各自相鄰并分別處于葉盆和葉背區(qū)域上的兩個(gè)點(diǎn)并以這兩點(diǎn)之間的距離作為擬合半徑來(lái)進(jìn)行擬合。這樣，一方面避免了由于葉片截面上兩點(diǎn)距離不均而導(dǎo)致的擬合過程的誤差，另一方面還可以避免在常規(guī)擬合過程中由于擬合半徑選取不當(dāng)而造成的影響區(qū)域過大或過小的缺陷。此夕卜，在確定擬合半徑之后，可以將其按照一定倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，由此確定新的擬合半徑來(lái)多次進(jìn)行擬合，并從多次擬合結(jié)果中選出精度最高的結(jié)果來(lái)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在通過以上步驟在葉片各個(gè)截面的葉盆、葉背區(qū)域分別獲得更密集的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)之后，對(duì)這些點(diǎn)再次執(zhí)行迭代算法，具體而言即依次取所述葉盆區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)并計(jì)算其與所述葉背區(qū)域上的所有點(diǎn)之間的距離中的最大距離，然后從這些最大距離中求出其中的最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)即為用于最終確定葉片最大厚度的位置的點(diǎn)，該最小值即為最終所確定的葉片最大厚度。從以上過程可以看出，葉片各個(gè)截面的凸包，具體而言，各個(gè)凸包上的點(diǎn)的數(shù)量及其獲取方式，對(duì)于葉片最大厚度的最終測(cè)量結(jié)果精度、以及運(yùn)算效率方面都有著直接影響。因此，在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提出了一種新的獲得葉片各個(gè)截面凸包的方式，具體包括以下過程(i)對(duì)所獲得的有關(guān)葉片測(cè)量模型的各個(gè)截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用矩形區(qū)域腐蝕法來(lái)確定凸包的邊界區(qū)域，由此刪除冗余點(diǎn)，該步驟具體包括以下過程從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找出SI、S2、S3、S4四個(gè)點(diǎn)，其中SI點(diǎn)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S2點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的X坐標(biāo)值減去y坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S3點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S4為將各個(gè)點(diǎn)的y坐標(biāo)值減去x坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；依次經(jīng)過所述SI和S2兩點(diǎn)中y坐標(biāo)值相對(duì)較大的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過S3和S4兩點(diǎn)中y坐標(biāo)值相對(duì)較小的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過SI和S4兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對(duì)較大的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，以及經(jīng)過S2和S3兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對(duì)較小的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，由此構(gòu)建一個(gè)矩形區(qū)域，如圖6所示；然后利用腐蝕法將落入到該矩形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)去除，留下的點(diǎn)集即構(gòu)成凸包的邊界區(qū)域；(ii)從所獲得的凸包邊界區(qū)域中提取其中的極值點(diǎn)，并用這些極值點(diǎn)構(gòu)成初始凸包；(iii)將通過步驟(ii)所獲得的初始凸包上的所有點(diǎn)分別按照其x、y坐標(biāo)值以從小到大的次序排序，由此得到有關(guān)這些點(diǎn)的X坐標(biāo)值排序表H和y坐標(biāo)值排序表V ；
(iv)從所述排序表H調(diào)出其中處于第一位的點(diǎn)，并根據(jù)下列的判別函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于確定葉片的最大厚度的方法，該方法包括 (1)為待測(cè)量的葉片建模，對(duì)該葉片測(cè)量模型截取多個(gè)截面并分別生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； (2)提取步驟(I)所生成的各個(gè)截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以分別獲得凸包，利用所述凸包通過擬合方式獲得葉片截面的前、后緣圖形，同時(shí)將剩余的點(diǎn)分成上下兩段，由此獲得分別反映葉片截面葉盆、截面葉背兩個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)； (3)通過迭代算法獲得有關(guān)葉片最大厚度的初始位置，該步驟具體包括以下過程依次取所述葉盆區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)并計(jì)算其與所述葉背區(qū)域上的所有點(diǎn)之間的距離中的最大距離，然后從這些最大距離中求出其中的最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)即為用于確定葉片最大厚度的初始位置的點(diǎn)；(4)在所獲得的所述初始位置的點(diǎn)附近，通過移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合，由此在葉盆區(qū)域、葉背區(qū)域分別獲得更密集的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)； (5)利用步驟(4)所獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)，再次執(zhí)行步驟(3)中的迭代算法，由此求出所述最小值并將其作為最終確定的葉片最大厚度。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述獲得凸包的過程包括 (i)對(duì)步驟(I)所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用矩形區(qū)域腐蝕法來(lái)確定凸包的邊界區(qū)域，由此刪除冗余點(diǎn)，該步驟具體包括以下過程從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找出SI、S2、S3、S4四個(gè)點(diǎn)，其中SI點(diǎn)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S2點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的X坐標(biāo)值減去I坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S3點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，S4為將各個(gè)點(diǎn)的y坐標(biāo)值減去X坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；依次經(jīng)過所述SI和S2兩點(diǎn)中y坐標(biāo)值相對(duì)較大的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過S3和S4兩點(diǎn)中I坐標(biāo)值相對(duì)較小的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過SI和S4兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對(duì)較大的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，以及經(jīng)過S2和S3兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對(duì)較小的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，由此構(gòu)建一個(gè)矩形區(qū)域；然后利用腐蝕法將落入到該矩形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)去除，留下的點(diǎn)集即構(gòu)成凸包的邊界區(qū)域； (ii)從所獲得的凸包邊界區(qū)域中提取其中的極值點(diǎn)，并用這些極值點(diǎn)構(gòu)成初始凸包； (iii)將通過步驟(ii)所獲得的初始凸包上的所有點(diǎn)分別按照其x、y坐標(biāo)值以從小到大的次序排序，由此得到有關(guān)這些點(diǎn)的X坐標(biāo)值排序表H和y坐標(biāo)值排序表V ； (iv)從所述排序表H調(diào)出其中處于第一位的點(diǎn)，并根據(jù)下列的判別函數(shù) X。Xb XpXb Xc XpS(A,B,P)= ya yb義和只5,C，P)=九凡Jp來(lái)分別判定是否將該點(diǎn)用于構(gòu)成新的凸 I I II I I包；其中xa、ya和xb、yb和x。、y。分別為通過步驟(ii)所獲得的初始凸包上任取的相鄰三點(diǎn)A、B、C的X坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值，xp, yp分別為所調(diào)出點(diǎn)PWx坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值，并且當(dāng)S (A，B，P) > O且S (B，C，P)彡O時(shí)，則將所調(diào)出點(diǎn)P作為新的凸包點(diǎn)增加到A、B之間，而當(dāng)S(A, B，P) > O且S(B，C，P) > O時(shí)，則將所調(diào)出點(diǎn)P作為新的凸包點(diǎn)增加到A、C之間并刪掉B點(diǎn)，在經(jīng)過上述處理之后，從所述排序表H中刪除所述調(diào)出的點(diǎn)P ； (v)接著從所述排序表V、H中依次交替調(diào)出其中處于最后一點(diǎn)和第一位的點(diǎn)，并按照與步驟(iv)相同的方式來(lái)判定所調(diào)出點(diǎn)是否用于構(gòu)成新的凸包，其中作為判定比較對(duì)象的相鄰三點(diǎn)A、B、C從經(jīng)過每次過判定過程后所構(gòu)成的新的凸包點(diǎn)選出；如此循環(huán)執(zhí)行以上過程，直至所述排序表H、V都為空為止，同時(shí)將最后所構(gòu)成的凸包作為最終確定的凸包。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步驟(4)通過移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合的過程中，取與步驟(3)所獲得的最小值所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)各自相鄰且分別處于葉片和葉背區(qū)域上的兩個(gè)點(diǎn)，并與這兩個(gè)點(diǎn)之間的距離作為擬合半徑來(lái)進(jìn)行擬合。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在確定擬合半徑之后，將其按照一定倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，由此確定新的擬合半徑來(lái)多次進(jìn)行擬合，并從多次擬合結(jié)果中選出精度最高的結(jié)果來(lái)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述葉片譬如為工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)用葉片。
6.一種用于改善葉片加工質(zhì)量的方法，該方法運(yùn)用如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的方法來(lái)獲得葉片的最大厚度，并根據(jù)該最大厚度判斷葉片性能及加工質(zhì)量，然后通過相應(yīng)調(diào)整葉片加工參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片加工質(zhì)量的改善。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于確定葉片的最大厚度的方法，包括為待測(cè)量的葉片獲得多個(gè)截面并分別生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)以獲得凸包，通過擬合方式獲得葉片截面的前后緣圖形，并獲得反映葉片截面葉盆、截面葉背兩個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)；通過迭代算法獲得有關(guān)葉片最大厚度的初始位置；在所獲得的初始位置點(diǎn)附近通過移動(dòng)最小二乘法進(jìn)行擬合，由此在葉盆、葉背區(qū)域分別獲得更密集的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)；利用所獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)，再次執(zhí)行迭代算法，由此最終確定葉片的最大厚度。本發(fā)明還公開了相應(yīng)的凸包優(yōu)化提取方式。通過本發(fā)明，可較大程度地提高所獲得的葉片最大厚度的準(zhǔn)確性，并在減少計(jì)算步驟的同時(shí)保證最終測(cè)量結(jié)果的精確性。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102735175SQ201210186119
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者尹周平, 張紅影, 李文龍, 熊有倫 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)