本發(fā)明涉及損傷識別技術領域，尤其涉及一種表面微小損傷的高精度量化方法。

背景技術：

高速滑動電接觸在航天發(fā)射、電磁發(fā)射設備中有廣泛的應用，在大載流以及高速運行的條件下，其表面極易產生燒蝕、磨損、刨蝕等損傷，嚴重影響其正常使用壽命和工作效率。

高速滑動電接觸表面損傷有效的檢測方法對及時掌握其損傷情況制定有效的防護措施避免不必要的財產損失和人員傷亡有重要意義。關于高速滑動電接觸表面損傷形成機理及分析等方面，國內外學者做了較多研究。但是大載流(大于200ka)超高速滑動的條件對于表面微小損傷的檢測識別提出了更高的量化要求。

現(xiàn)有技術主要是從觀察高速滑動電接觸表面損傷的微、宏觀結構出發(fā)，分析產生損傷的機理，以及另一種主要分析各種物理量對損傷的定性影響并不太適用于高精密設備的研究，很少涉及到高速電接觸表面損傷的高精度定量分析。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種表面微小損傷的高精度量化方法，得到高精度的損傷區(qū)域體積和質量。

為了解決背景技術中所存在的問題，本發(fā)明的技術方案為：

一種表面微小損傷的高精度量化方法，包括：

1)、對被測樣件進行掃描，得到被測樣件表面的三維點云數(shù)據(jù)；

2)、以掃描數(shù)據(jù)的每條掃描線為處理對象，對采樣數(shù)據(jù)進行預處理，并根據(jù)迭代求差算法提取出損傷邊界點；

3)、根據(jù)最近鄰域搜索法以及數(shù)據(jù)配準技術對損傷邊界點進行處理，確定損傷邊界和損傷區(qū)域；

4)、對所述損傷區(qū)域的三維點云數(shù)據(jù)進行三角剖分，剔除三角剖分后產生的異常三角形，得到高精度的損傷區(qū)域體積和質量。

確定損傷邊界和損傷區(qū)域后還包括對提取出損傷區(qū)域數(shù)據(jù)進行計算，得到損傷區(qū)域三維點云數(shù)據(jù)的曲率，并以rgb彩色信息的方式顯示出損傷區(qū)域點云的曲率變化。

所述異常三角形為不同的損傷區(qū)域邊界三維點數(shù)據(jù)之間進行三角剖分后，產生的異常三角形。

所述步驟1)具體包括：

將被測樣件置于二維激光掃描儀下，通過高低螺筒，調節(jié)樣件距離二維激光掃描儀的距離，得到樣件表面的三維點云數(shù)據(jù)。

所述步驟2)具體包括：

2.1、以掃描數(shù)據(jù)的每條掃描線為處理對象，對采樣數(shù)據(jù)進行預處理之后，根據(jù)最小二乘法設定基準平面；

2.2、在基準平面的所有z軸坐標值基礎上增加±l的余量；

2.3、提取出所有z坐標值在z-l＜z＜z+l范圍的三維點云數(shù)據(jù)；

2.4、用被提取的三維點云數(shù)據(jù)的后一個數(shù)據(jù)點的x軸坐標值減去前一個數(shù)據(jù)點的x軸坐標值，當xi+1-xi＞ε時，保留第i個和第i+1個數(shù)據(jù)點，其中，i＝0、1、2、...n-1，n為被提取的三維點云數(shù)據(jù)中掃描線上總的點云數(shù)，ε為掃描線上每個點的x軸坐標值依次增加量；

2.5、依次遍歷所有被提取的三維點云數(shù)據(jù)中的點，得到損傷邊界點。

所述步驟3)具體包括：

3.1、以提取出的損傷邊界點的任一點為起始點，并標記該點；

3.2、搜索距離所述標記點最近的點作為下一輪搜索的起始點；

3.3、依次循環(huán)，直到搜索到終點，得到處于同一邊界的損傷邊界點數(shù)據(jù)；

3.4、將掃描數(shù)據(jù)和損傷區(qū)域數(shù)據(jù)的損傷邊界點數(shù)據(jù)進行點云數(shù)據(jù)配準，將每條掃描線上的數(shù)據(jù)重疊部分分別標記為r(r＝1,2,3,…)，分別使其中的第奇數(shù)個數(shù)據(jù)(r＝1,3,5...)作為損傷區(qū)域的起始點，其緊接著的第偶個數(shù)據(jù)(r＝2,4,6.....)為該損傷區(qū)域的終止點，在原始掃描數(shù)據(jù)上將起始點與終止點之間的數(shù)據(jù)提取出來；

3.5、依次循環(huán)完所有的掃描線就得到了損傷區(qū)域數(shù)據(jù)。

所述步驟3.3中設置有距離閾值δ，當某點距離其鄰域內最近點的距離大于δ時，則認定為終止點。

所述步驟4)具體包括：

4.1、將損傷區(qū)剖分成若干不規(guī)則的小三棱柱；

4.2、尋找不規(guī)則三棱柱的最低點，以最低點的z軸坐標值所在平面為分界平面，把不規(guī)則的三棱柱分成一個規(guī)則的三棱柱和一個不規(guī)則的棱錐；

4.3、分別利用體積公式計算三棱柱和棱錐的體積和質量，最后疊加，得到損傷區(qū)域的損傷體積和質量。

所述損傷區(qū)域的損傷體積計算方法為：

假設整個檢測矩陣的大小為m×n，損傷特征區(qū)域某一行的邊緣點的坐標為(i，p)，(i，q)，則該行z軸的基準為：

式中，zij為第i行第j列的數(shù)據(jù)，

式中，zi(i＝max、mid、min)為剖分三棱柱的三個高，h為每一行的基準，s為單個小三角形微元的面積，d1為不規(guī)則棱錐底面的高，d2為不規(guī)則棱錐的高，v1為截取的規(guī)則三棱柱的體積，v2為不規(guī)則棱錐的體積，v為損傷區(qū)域的總體積；

所述質量計算方法為：

m＝vρ

式中ρ為被測樣件材料的密度。

與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種表面微小損傷的高精度量化方法，針對高速滑動電接觸被測樣件表面出現(xiàn)的刨蝕坑、燒蝕坑、劃痕等多種微小損傷類型并存的情況，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)線型分布的特點，提出了以掃描數(shù)據(jù)的每條掃描線為處理對象，采用迭代求差的方法，提取出損傷邊界點。利用最近鄰域搜索的方法確定位于同一邊界線上的邊界點，根據(jù)以上結果結合點云數(shù)據(jù)配準技術提取出損傷區(qū)域，在此基礎上結合三角剖分思想把損傷區(qū)域的點云數(shù)據(jù)進行三角剖分，剔除不同損傷區(qū)域邊界產生的異常三角形后，得到高精度的損傷區(qū)域體積和質量，為減小表面損傷措施的建立提供重要依據(jù)，本發(fā)明提高了提取的損傷形貌的精度，損傷區(qū)域的體積和質量的計算精度得到提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明圖表面微小損傷的高精度量化方法流程圖；

圖2是本發(fā)明圖損傷提取過程圖，其中，(a)為損傷原圖，(b)為損傷邊界點圖，(c)為傷邊界圖，(d)為三角剖分處理圖，(e)為三棱柱處理圖；

圖3是本發(fā)明圖曲率變化rgb彩色信息圖；

圖4為本發(fā)明三角剖分過程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種表面微小損傷的高精度量化方法，包括：

1)、對被測樣件進行掃描，得到被測樣件表面的三維點云數(shù)據(jù)；

具體地，將被測樣件置于二維激光掃描儀下，通過高低螺筒，調節(jié)樣件距離二維激光掃描儀的距離，得到樣件表面的三維點云數(shù)據(jù)，如圖2(a)所示。

2)、以掃描數(shù)據(jù)的每條掃描線為處理對象，對采樣數(shù)據(jù)進行預處理，并根據(jù)迭代求差算法提取出損傷邊界點，如圖2(b)所示；

具體包括：

2.1、以掃描數(shù)據(jù)的每條掃描線為處理對象，對采樣數(shù)據(jù)進行預處理之后，根據(jù)最小二乘法設定基準平面；

2.2、在基準平面的所有z軸坐標值基礎上增加±l的余量；因為在進行平面擬合時有實際數(shù)據(jù)點沒有落到基準平面上，所以要在基準平面的基礎上留有±l的余量，并稱此含有±l余量的平面為參考基準平面。

2.3、提取出所有z坐標值在z-l＜z＜z+l范圍的三維點云數(shù)據(jù)，得到被提取的三維點云數(shù)據(jù)；

2.4、用被提取的三維點云數(shù)據(jù)的后一個數(shù)據(jù)點的x軸坐標值減去前一個數(shù)據(jù)點的x軸坐標值，當xi+1-xi＞ε時，保留第i個和第i+1個數(shù)據(jù)點，其中，i＝0、1、2、...n-1，n為被提取的三維點云數(shù)據(jù)中掃描線上總的點云數(shù)，ε為掃描線上每個點的x坐標值依次增加量；需要說明的是，當剔除損傷點云以后，參考基準平面在損傷區(qū)域沒有點云數(shù)據(jù)，所以掃描線上每一個點的x軸坐標值不再是以ε值增加。

2.5、依次遍歷所有被提取的三維點云數(shù)據(jù)中的點，得到損傷邊界點。

3)、根據(jù)最近鄰域搜索法以及點云數(shù)據(jù)配準技術對損傷邊界點進行處理，確定損傷邊界和損傷區(qū)域，如圖2(c)所示；

步驟3)具體包括：

3.1、以提取出的損傷邊界點的任一點為起始點，并標記該點；

3.2、搜索距離所述標記點最近的點作為下一輪搜索的起始點；

3.3、依次循環(huán)，直到搜索到終點，得到處于同一邊界的損傷邊界點數(shù)據(jù)；

3.4、將掃描數(shù)據(jù)和損傷區(qū)域數(shù)據(jù)的損傷邊界點數(shù)據(jù)進行點云數(shù)據(jù)配準，將每條掃描線上的數(shù)據(jù)重疊部分分別標記為r(r＝1,2,3,…)，分別使其中的第奇數(shù)個數(shù)據(jù)(r＝1,3,5...)作為損傷區(qū)域的起始點，其緊接著的第偶個數(shù)據(jù)(r＝2,4,6.....)為該損傷區(qū)域的終止點，在原始掃描數(shù)據(jù)上將起始點與終止點之間的數(shù)據(jù)提取出來；

3.5、依次循環(huán)完所有的掃描線就得到了損傷區(qū)域數(shù)據(jù)。

4)、對所述損傷區(qū)域的三維點云數(shù)據(jù)進行三角剖分，剔除三角剖分后產生的異常三角形，得到高精度的損傷區(qū)域體積和質量，所述異常三角形為不同的損傷區(qū)域邊界三維點數(shù)據(jù)之間進行三角剖分如圖4所示，三角剖分后產生的異常三角形。

所述步驟4)具體包括：

4.1、將損傷區(qū)剖分成若干不規(guī)則的小三棱柱，如圖2(d)所示；

4.2、尋找不規(guī)則三棱柱的最低點，以最低點的z軸坐標值所在平面為分界平面，所述z軸坐標值所在平面平行于參考基準平面，把不規(guī)則的三棱柱分成一個規(guī)則的三棱柱和一個不規(guī)則的棱錐，如圖2(e)所示；

4.3、分別利用體積公式計算三棱柱和棱錐的體積和質量，最后疊加，得到損傷區(qū)域的損傷體積和質量。所述損傷區(qū)域的損傷體積計算方法為：

假設整個檢測矩陣的大小為m×n，損傷特征區(qū)域某一行的邊緣點的坐標為(i，p)，(i，q)，則該行z軸的基準為：

式中，zij為第i行第j列的數(shù)據(jù)，

式中，zi(i＝max、mid、min)為剖分三棱柱的三個高，h為每一行的基準，s為單個小三角形微元的面積，d1為不規(guī)則棱錐底面的高，d2為不規(guī)則棱錐的高，v1為截取的規(guī)則三棱柱的體積，v2為不規(guī)則棱錐的體積，v為損傷區(qū)域的總體積；

所述質量計算方法為：

m＝vρ

式中ρ為被測樣件材料的密度。

優(yōu)選地，如圖3所示，本發(fā)明中所述確定損傷邊界和損傷區(qū)域后，還包括對提取出損傷區(qū)域數(shù)據(jù)進行計算，得到損傷區(qū)域三維點云數(shù)據(jù)的曲率，并以rgb彩色信息的方式顯示出損傷區(qū)域點云的曲率變化，直觀反映損傷點云數(shù)據(jù)的變化趨勢。

對于本領域技術人員而言，顯然能了解到上述具體實施例只是本發(fā)明的優(yōu)選方案，因此本領域的技術人員對本發(fā)明中的某些部分所可能作出的改進、變動，體現(xiàn)的仍是本發(fā)明的原理，實現(xiàn)的仍是本發(fā)明的目的，均屬于本發(fā)明所保護的范圍。