[发明专利]一种叶轮机械叶片曲面网格化快速生成方法

说明书

本发明提供了一种叶轮机械叶片曲面网格化快速生成方法，有效解决点云数据处理中多个坐标系配准难度大费时费力、海量点云数据精简等问题，实现点云数据二维三角网格化。为了实现上述目的，采用以下技术方案：所用硬件包括激光测距传感器、高速摄像机、L型挡板、电控旋转台、电控升降台、计算机，所述激光测距传感器固定于L型挡板的一侧，激光测距传感器的水平轴线与所在地水平线平行，被测叶片正反面均在激光测距传感器的有效测距范围内；被测叶片固定在电控旋转台上，高速摄像机放置于激光测距传感器的位置，并进行操作：激光测距传感器获取被测叶片曲面点云数据；基于相邻三个采样点构成的外切圆半径点云数据精简；点云数据二维网格三角化。

技术领域

本发明属于叶轮机械叶片曲面重构领域，特别涉及一种叶轮机械叶片曲面网格化快速生成方法。

背景技术

叶片是叶轮机械能量转化过程中最关键的部件，叶片曲面建模的精度直接决定所设计叶片的综合性能，包括效率、安全性能以及振动性能。长期以来，叶片的曲面建模一直是叶轮以及转轮设计及制造中的核心技术，同时又是叶片修补的首要步骤。因此，如何提高叶片曲面建模的速度以及精度始终是行业关注的热点问题。叶轮机械的叶片通常具有弯和扭的特征，截面、扭角以及弦长随着曲面造型缓慢变化，比如混流式水轮机的变截面X型叶片、轴流式水轮机以及离心泵叶片等由于设计变量众多、且变量之间往往具有关联，一直是行业面临的难点和痛点。

近年来，随着现代测量技术的发展，基于光学测量原理的叶片曲面建模方法由于采样频率可控、采样数据量大、建模精度高等优势，正在逐步取代传统的样板法和三坐标法。但是基于光学测量原理的叶片曲面建模方法仍然处于发展阶段，有诸多需要提高的地方。其中，基于激光测距原理的点云数据获取方法由于激光的单色性良好、能量密度大、抗干扰能力强等优点，成为曲面重构过程中获取点云数据最有效的方法。然而，该方法为了保证建模精度，获取了大量点云数据，导致计算机在处理海量数据时面临计算量巨大、计算效率极低、计算硬件配置要求高、诸多方法不适等问题。为了解决点云数据处理中的多个坐标系配准难度大费时费力、点云数据精简等问题，发明了一种叶轮机械叶片曲面网格化快速生成方法。

发明内容

本发明提供了一种叶轮机械叶片曲面网格化快速生成方法，有效解决了点云数据处理中的多个坐标系配准难度大费时费力、海量点云数据精简等问题，实现了点云数据二维三角网格化，为接下来的三维投影以及曲面重建提供了准备。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种叶轮机械叶片曲面网格化快速生成方法，其特征是，所用硬件包括激光测距传感器、高速摄像机、L型挡板、电控旋转台、计算机，所述L型挡板包括竖直板和水平板，竖直板固定于水平板的一端，所述激光测距传感器固定于水平板的另一端，激光测距传感器的水平轴线与所在地水平线平行，被测叶片正反面均在激光测距传感器的有效测距范围内；所述激光测距传感器同轴固定在电控升降台上，实现激光测距传感器在竖直方向的自由上下移动，其中的全反射镜片用于控制片状激光实现水平方向的发射，被测叶片固定在电控旋转台上，电控旋转台带动被测叶片旋转，实现被测叶片正反面的采样，高速摄像机放置于激光测距传感器的位置，对被测叶片拍摄后为激光测距传感器提供像素级的采样间隔；被测叶片的曲面按照XY、XZ、YZ三个平面方向投影，选取投影面积最大的一个方向正对激光测距传感器的探头平面，使用上述硬件进行如下操作：

S1：激光测距传感器获取被测叶片曲面点云数据；

S2：基于相邻三个采样点构成的外切圆半径点云数据精简；

S3：点云数据二维网格三角化。