[发明专利]一种基于中轴线的航空叶片型面特征参数提取方法

摘要

本发明公开了一种基于中轴线的航空叶片型面特征参数提取方法，包括以下步骤对叶片测量模型截取截面并生成相应的点云数据；接着获得凸包，并得出相互距离最大的两点pL、pR；粗略提取叶片前缘和叶片后缘的数据点集；精确提取叶片前缘和叶片后缘的数据点集；获取叶盆曲线Xp(t)和叶背曲线Xb(t)；采用中轴线原理提取所述叶片截面的中弧线。本发明通过对前缘、后缘参数分步进行粗提取和精提取，并采用基于中轴线原理提取中弧线参数，运算效率高、结果准确性高；通过本发明方法而获得的叶片截面中弧线与前后缘参数，能够相应调整叶片加工过程中的加工参数，由此完成对叶片加工质量的改善。

主权项

一种基于中轴线的航空叶片型面特征参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)为待测量的叶片建模：对叶片测量模型截取截面并生成相应的点云数据；(2)根据步骤(1)中的截面点云数据获得凸包；然后，利用所述凸包求取截面点云数据中相互距离最大的两点pL、pR；(3)将pL和所述截面点云数据中pL附近的点云数据作为粗略提取后的叶片前缘数据点集，并将pR和所述截面点云数据中pR附近的点云数据作为粗略提取后的叶片后缘数据点集；接着，对所述粗略提取后的叶片前缘和叶片后缘的数据点集分别进行拟合，得到前缘中心cq和前缘、后缘中心ch和后缘，以及精确提取后的叶片前缘和叶片后缘的数据点集；(4)将步骤(1)中的截面点云数据减去步骤(3)中的精确提取后的叶片前缘和叶片后缘的数据点集作为余下数据点集；接着，根据所述余下数据点集分别得出叶片叶盆和叶片叶背的数据点集；然后，利用移动最小二乘拟合方法分别获取叶盆曲线Xp(t)和叶背曲线Xb(t)；(5)利用所述前缘、前缘中心cq、后缘中心ch，以及叶盆曲线Xp(t)和叶背曲线Xb(t)，采用中轴线原理拟合提取所述叶片截面的中弧线点集；该步骤(5)具体包括以下步骤：(5‑1)初始迭代次数k＝1，设点pk即为第k次迭代计算得到的中弧线上的点，以所述前缘中心cq作为点p1，则pk＝p1＝cq；前缘与叶盆曲线Xp(t)和叶背曲线Xb(t)的切点分别为q1、q2；以点p1为原点建立相互正交的单位矢量i和j；所述i垂直于j；(5‑2)设中轴变化圆半径与i方向的夹角表示为则中弧线在pk点的曲率κ满足：κ=sinθ×(κ1+κ2)2(1+κ1×r)(1-κ2×r),]]>其中κ1、κ2分别为Xp(t)、Xb(t)在点q1、q2处的曲率；(5‑3)设定pk点处沿i方向给定的弧微分Δs，pk点的矢径为L，则粗略设定中弧线上的下一点为p*，点p*的矢径L*满足：L*=L+Δsi+12κΔs2j;]]>以点p*为原点建立相互正交的单位矢量i*和j*，i*和j*满足：i*=icosδ+jsinδj*=-isinδ+jcosδ,]]>其中δ＝Δsκ；叶盆、叶背参数的微分增量Δt1、Δt2满足：Δt1=sin(θ)(1+r×κ1)Δt2=sin(θ)(1-r×κ2),]]>则叶盆下一点参数和叶背下一点参数满足：t1*=t1+Δt1t2*=t2+Δt2;]]>其中t1满足使Xp(t1)对应于q1，t2满足使Xb(t2)对应于q2；将和分别代入叶盆、叶背拟合曲线得到其中对应于对应于(5‑4)设为处的单位切向量，为点到p*的向量，计算其中当|Δt|大于给定的叶盆距离允许误差，则令并更新使对应重复步骤(5‑4)；其中当|Δt|小于等于给定的叶盆距离允许误差，则p*距离叶盆的最近距离并执行步骤(5‑5)；(5‑5)设为处的单位切向量，为点到p*的向量，计算其中当|Δt|大于给定的叶背距离允许误差，则令并更新使对应重复步骤(5‑5)；其中当|Δt|小于等于给定的叶背距离允许误差，则p*距离叶背的最近距离并执行步骤(5‑6)；(5‑6)当dp＞db，将p*点沿‑j*方向移动，更新dp和db，使并重复步骤(5‑6)；当dp＜db，则将p*点沿j*方向移动，更新dp和db，使并重复步骤(5‑6)；当dp＝db，则执行步骤(5‑7)；(5‑7)使pk+1＝p*、i＝i*、j＝j*；当pk+1＝ch，则将{p1、p2...pk、pk+1}作为中弧线点集；当pk+1≠ch，则使迭代次数k＝k+1，并重复步骤(5‑2)～(5‑7)。