[发明专利]一种基于点云的损伤后航空发动机涡轮叶片三维造型方法

权利要求书

1.一种基于点云的损伤后航空发动机涡轮叶片三维造型方法，其特征在于：其包括按顺序进行的下列步骤：

1)获取损伤后航空发动机涡轮叶片的三维点云数据：使用非接触式激光测量设备对损伤后航空发动机涡轮叶片进行扫描测量，获得涡轮叶片三维点云数据；

2)三维点云数据的对齐：利用算法调整上述涡轮叶片三维点云数据，以确保其相对于坐标轴是对齐的；

3)三维点云数据的精简：依据涡轮叶片型面特点和损伤规律，对涡轮叶片榫头以下三维点云数据进行精简；

4)三维点云数据的滤波：从精简后的三维点云数据中取出涡轮叶片三维点云数据切片F(x,y,z)，利用单树小波包分析方法去除上述三维点云数据中的噪声点；

5)三维点云数据的分割：利用算法将损伤后精简后的涡轮叶片三维点云数据分为叶盆面和叶背面，获得涡轮叶片三维点云数据切片分割；

6)三维点云数据的边界拟合：根据涡轮叶片叶盆面和叶背面的曲率变化，采用不同的边界拟合方法分别对上述叶盆面和叶背面进行边界拟合；

7)三维点云数据的曲面拟合：利用步骤6)中边界拟合结果，应用蒙皮曲面方法建立航空发动机涡轮叶片三维曲面，获得涡轮叶片三维造型数据。

2.根据权利要求1所述的基于数字化点云的损伤后航空发动机涡轮叶片造型方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的利用算法调整上述涡轮叶片三维点云数据，以确保其相对于坐标轴是对齐的的方法是：在涡轮叶片三维点云数据上非损伤区域任取一个X-Y方向截面，若截面内点云区域面积最小或弦长最短，则说明其是对齐的。

3.根据权利要求1所述的基于数字化点云的损伤后航空发动机涡轮叶片造型方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的从精简后的三维点云数据中取出涡轮叶片三维点云数据切片F(x,y,z)，利用单树小波包分析方法去除上述点云数据切片F(x,y,z)中的噪声点的方法是：首先将涡轮叶片三维点云数据切片F(x,y,z)投影在X-Y平面得到G(x,y)，G(x,y)为z＝0时三维点云数据的二维投影，将其变换为离散信号的表达形式；

对其进行单树小波包分析：

式中：C_j,l(k)为信号在尺度j(l)上的低频(近似)部分；

D_j,l(k)为信号在尺度j(l)上的高频(细节)部分；

将所得的低频信息作为主要特征点予以保留，所得的高频信息作为噪声点和次要特征点予以滤除。

4.根据权利要求1所述的基于数字化点云的损伤后航空发动机涡轮叶片造型方法，其特征在于：在步骤5)中，所述的利用算法将精简后的涡轮叶片三维点云数据分为叶盆面和叶背面的方法是：计算三个分割控制点A1，A2，A3，其中：A1为叶盆面横坐标最大点、A2为叶背面前缘横坐标最小点、A3为叶背面后缘横坐标最小点，将叶片分为叶盆面和叶背面两部分，获得涡轮叶片三维点云数据切片分割。

5.根据权利要求1所述的基于数字化点云的损伤后航空发动机涡轮叶片造型方法，其特征在于：在步骤6)中，所述的根据涡轮叶片叶盆面和叶背面的曲率变化，采用不同的边界拟合方法分别对上述叶盆面和叶背面进行边界拟合的方法是：

采用五次多项式对叶盆面进行边界拟合，使用线性最小二乘法确定多项 式系数：

f(x)＝p¹*x⁵+p2*x⁴+p3*x³+p4*x²+p5*x+p6 

采用四次高斯拟合对叶背面进行边界拟合，使用非线性最小二乘法确定拟合系数：

f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)²)+a2*exp(-((x-b2)/c2)²)+a3*exp(-((x-b3)/c3)²)+a4*exp(-((x-b4)/c4)²)。

6.根据权利要求1所述的基于数字化点云的损伤后航空发动机涡轮叶片造型方法，其特征在于：在步骤(7)中，所述的利用步骤6)中边界拟合结果，应用蒙皮曲面方法建立航空发动机损伤涡轮叶片三维曲面，获得涡轮叶片三维造型数据的方法是：利用涡轮叶片三维点云数据切片F(x,y,z)，按照Z轴方向，以2mm为步长对整个叶片建立若干条截面曲线；并通过蒙皮曲面方法建立叶片三维曲面，得到涡轮叶片三维造型。