[发明专利]基于激光点云的固体火箭发动机内腔体积测量方法及装置

说明书

本发明属于内腔体积测量技术领域，具体涉及基于激光点云的固体火箭发动机内腔体积测量方法。该方法包括以下步骤：(1)利用线激光位移传感器采集固体火箭发动机内腔内表面的位移值，利用D‑H矩阵将线激光位移传感器采集到的数据转换为固体火箭发动机内腔三维点云数据；(2)设待检测的固体火箭发动机内腔的设计半径为R，采用基于半径R的均值滤波方法对固体火箭发动机内腔三维点云数据进行精简；(3)对精简后的固体火箭发动机内腔三维点云数据利用基于点云切片的体积测量方法进行求取固体火箭发动机内腔体积。

技术领域

本发明属于内腔体积测量技术领域，具体涉及基于激光点云的固体火箭发动机内腔体积测量方法。

背景技术

固体火箭发动机是以固体化学推进剂作为动力来源的推进装置，被广泛应用于国防军工、航天航空等领域。燃烧室作为固体火箭发动机结构中存储和燃烧推进剂的场所，其内腔体积直接决定着推进剂的装药量，从而影响固体火箭发动机的发射性能。为了在发射过程中对燃烧室进行保护，其内表面刮涂有耐烧蚀的绝热层和包覆层，这些保护层为软弹性物质且存在不可污染的要求，应选择非接触式测量方法进行内腔检测。此外，由于包覆层和绝热层为软弹性介质，因此在刮涂过程中无法完全保证形状厚度一致，从而在燃烧室内腔形成起伏，超过设计指标的起伏会造成燃烧室内腔体积的变化，从而影响装药量的精准程度，影响发动机性能，因此，对固体火箭发动机燃烧室体积进行精准测量对保证其发射性能具有重要意义。

固体火箭发动机燃烧室内腔体积的测量主要采用“称水法”，即利用燃烧室内腔注入水的前后质量差除以水的密度间接测得燃烧室内腔的容积。该方法虽测量精度高，但操作繁琐、效率低，适应不了现代军工生产的要求。因此迫切需要一种能对燃烧室内腔进行快速、简便、准确的智能化测量方法。

发明内容

针对上述问题本发明提供了基于激光点云的固体火箭发动机内腔体积测量方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

基于激光点云的固体火箭发动机内腔体积测量方法，包括以下步骤：

步骤1，利用线激光位移传感器采集固体火箭发动机内腔内表面的位移值，利用D-H矩阵将线激光位移传感器采集到的数据转换为固体火箭发动机内腔三维点云数据；

步骤2，设待检测的固体火箭发动机内腔的设计半径为R，采用基于半径R的均值滤波方法对固体火箭发动机内腔三维点云数据进行精简；

步骤3，对精简后的固体火箭发动机内腔三维点云数据利用基于点云切片的体积测量方法进行求取固体火箭发动机内腔体积，具体步骤为：

步骤3.1，利用基于空间格网划分的密度法确定切片宽度，根据切片宽度对精简后的点云数据进行剖切得到系列点云切片；

步骤3.2，选择XOY平面为投影面，将通过切片得到的各层点云进行投影得到投影轮廓线，其投影点个数为K，在投影轮廓线上任选一点作为初始点P₁，其中下标1为该点的索引值，按照顺时针方向依次遍历投影轮廓线上所有的点直到P_K；

步骤3.3，利用Delaunny三角网算法构建三角网，并保存每个三角形的顶点的索引值到矩阵tri[m,3]，其中m是三角形的个数；

步骤3.4，提取矩阵tri[m,3]的第一行，即第一个三角形的顶点的索引值，可得到三角形三个顶点坐标，由三角形面积计算公式可求出该三角形的面积并保存下来，三角形面积计算公式如式(1)：

其中，(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)是三角形的顶点坐标；