[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

说明书

技术领域

本发明属于涉及航空发动机涡轮叶片数字化再制造技术领域，尤其涉及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。

背景技术

由于航空发动机涡轮叶片长时间工作在高温高压的恶劣环境下，因此经常会出现各种损伤。叶片损伤会降低发动机效率，甚至对飞行安全产生影响。

随着航空发动机涡轮叶片工作时间的增加，形状和尺寸都会产生一定的变化，这时就需要对其进行修复。但是修复时不能依据发动机厂商提供的原有设计尺寸，尤其是某些损伤较严重的转子叶片往往都带有明显特征，应针对损伤的类型进行个性化修复，其工作基础就是建立涡轮叶片的数字化模型，亦称数字化再制造。

近年来，虽然中国国内航空维修技术在航空发动机某些核心部件修复技术等方面取得很大突破，但都得益于国内航空机械制造装备行业的飞速发展以及相关工艺水平的提高。然而，针对损伤后航空发动机涡轮叶片的数字化再制造等国际公认的尖端技术仍处于摸索阶段。

因此，开展航空发动机叶片数字化再制造等方面的研究，在理论研究和工程应用方面具有十分重要的现实意义，同时为国产航空发动机核心部件的研制和适航认证提供有力的技术支持。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供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，以解决损伤后航空发动机涡轮叶片的三维模型数据缺失问题。

为了达到上述目的，本发明提供的基于点云的损伤后航空发动机涡轮叶片三维造型方法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。

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。

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：