【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面轮廓测量领域，具体涉及到一种基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法及系统。
技术介绍
1、航空发动机作为飞行器的心脏，直接决定了飞行器的性能，其与航空发动机的技术进步息息相关。虽然航空发动机的研制周期和产业链长，而一旦研制成功，对于经济和科学技术的进步起的作用也是十分巨大的。而近年来随着飞行器技术的发展，对发动机性能提出的更高要求也在不断地提高航空发动机的推重比、压气机增压比和燃烧室温度，对重要零部件的性能提出了苛刻的要求。据美国权威飞行事故调查统计指出，约有36％的飞机机械故障都发生于航空发动机。因此亟需提高发动机制造相关技术。
2、然而航空发动机作为复杂的气动热力学旋转机械，其零部件众多，工作环境处于高温高压状态。而涡轮盘和叶片作为对航空发动机的外形与大小有决定性影响的最重要的旋转部件之一，还要承受着高速旋转和强振动带来的影响，在这样的环境下，一种非常常见也十分危险的航空发动机失效形式，是在叶边、叶根和叶片榫头处产生裂纹最终扩展至断裂，威胁着发动机的性能与可靠性，因此叶片榫头加工精度要求很高；而发动机通过叶片与空气的相互作用力产生推力，因此对航空发动机的叶片特征参量以及榫头的形貌进行测量以确保加工质量十分重要。而一台发动机上有多级转子，而每级转子都有超过30的叶片数量，而一台发动机多则有3000多的叶片数量，叶片在航空发动机中的总比重占30％左右，而榫头检测要求高，单件检测时间长，对测量效率提出了更高的要求。
3、面向航空发动机榫头的参数评定时，考虑到榫头的截面
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，提出一种基于ransac直线分割拟合的航空发动机榫头参数评定方法。
2、本专利技术涉及一种基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，包括如下步骤：
3、步骤s1、基于pca算法进行榫头截面数据提取；
4、步骤s2、对榫头截面数据进行排序降噪；
5、步骤s3、对榫头进行参数评定，得到角度参数与距离参数数据。
6、进一步地，步骤s1中，pca算法通过点云坐标方差最大的方向，即叶片坐标系z方向，建立特征坐标系；具体如下：
7、步骤s11、计算点云质心位置
8、设叶片点云数据为c＝{p1,…,pn,pn＝(xn,yn,zn)}，则点云质心由下式给出：
9、
10、其中，m为点云质心，n为点云中点的数量，xn，yn，zn为点云内各点xyz坐标；
11、步骤s12、计算协方差矩阵
12、两坐标轴的协方差cov(x,y)代表点云数据在这两轴分布相关性，计算公式如下：
13、
14、其中，为点云质心m的x坐标与y坐标；xi,yi为点云中第i点的x坐标与y坐标；
15、协方差矩阵c计算公式如下：
16、
17、x，y分别为点云中点的x和y坐标；
18、步骤s13、计算pca变换矩阵
19、设协方差矩阵c的特征值为λ1、λ2、λ3，且λ1＞λ2＞λ3；对应特征向量分别为ε1、ε2、ε3，则齐次坐标变换矩阵tpca公式如下：
20、
21、ε1,ε2,ε3分别为变换后坐标系三轴对应单位向量在原先坐标系下的坐标，x,y,z为点云质心m的坐标；
22、变换后的点云坐标为cpca＝tpcac，通过上述变换即完成点云坐标变换以及截面的提取。
23、进一步地，步骤s2中，采用基于移动最小二乘法的航空发动机叶片榫头排序同步降噪法，步骤如下：
24、步骤s21、选取适当阈值h。从原始数据第一点开始，同时该点也是排序后第一点，设该点为当前点，序号为i，遍历剩余点pj，计算其与该点的距离r，剩余点的权重为：
25、
26、w为权重，e为自然常数，r为剩余点与当前点的距离，h为设置的阈值；
27、步骤s22、坐标变换：以该权重拟合局部最小二乘直线，并计算旋转矩阵将整个截面点云刚性变换到以该直线为x轴，当前点为原点的新坐标系下；
28、步骤s23、降噪：变换完成后重新计算剩余点权重，并以新权重拟合抛物线，并将当前点用抛物线与当前坐标系y轴交点代替；
29、
30、w为权重，r为剩余点与当前点的距离，h为设置的阈值；
31、步骤s24、排序：以当前坐标系为基准，x轴正方向距离原点最近点为第i+1点，将各个点按顺序连接；不断重复步骤步骤s21～步骤s24即可完成排序。
32、进一步地，步骤s2中，为获得分区并降噪，采用基于移动最小二乘法的排序同步降噪算法进行排序降噪，在排序的过程中同时计算各点对应曲率，其过程如下：
33、步骤s25、判断起始点：通过前述排序法进行排序，但不改变各点位置，但当找不到领域内满足要求的下一点后，停止搜索，并将当前点设为起始点；
34、步骤s26、以该起始点作为第一点，进行排序降噪，在排序过程中根据邻域计算得到曲率变化；
35、步骤s27、根据曲率寻找凸点中心，对各部分进行分割与直线最小二乘法拟合；根据曲率寻找凸点中心，对叶片榫头的点云进行分割，将分割后的结果进行ransac最小二乘直线拟合，得到榫头各边界直线方程，最终根据叶片特征参量定义得到对应参数。
36、进一步地，采用ransac的最小二乘直线拟合方法对分区后的点云进行拟合，根据实际数据选择迭代次数、数据点距离拟合直线最大距离；经过ransac处理后最终得到n条直线方程y＝kix+bi(i＝1,2,3,…,n)。
37、进一步地，步骤三中，对角度参数提取，根据提取直线序列方程计算得到各直线i、j之间夹角，直线l3与直线l9之间的夹角为顶角α，直线l3与直线l6之间的夹角为底角β；
38、θ＝f(k1)-f(k2)
39、
40、k1，k2为两直线的斜率；
41、利用直线分割拟合得到的结果，分析点与点，点与直线间的距离可得出榫头的距离参数；根据直线方程可以求解得到p2，p3之间的距离，该距离即为榫头宽n，由点与点之间的距离公式可得：
42、
43、x2,x3,y2,y3为点p2,p3的x和y坐标；直线l1与l6之间的距离即为底面高c。
44、本专利技术还涉及一种利用上述基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法的系统。
45、有益效果
46、本专利技术针对目前叶片榫槽测量尚不存在点云扫描测量评定方法，采用叶片扫描点云的方法，提出了基于移动最小二乘法排序降噪以及ran本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，步骤S1中，PCA算法通过点云坐标方差最大的方向，即叶片坐标系Z方向，建立特征坐标系；具体如下：
3.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，步骤S2中，采用基于移动最小二乘法的航空发动机叶片榫头排序同步降噪法，步骤如下：
4.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，步骤S2中，为获得分区并降噪，采用基于移动最小二乘法的排序同步降噪算法进行排序降噪，在排序的过程中同时计算各点对应曲率，其过程如下：
5.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，采用ransac的最小二乘直线拟合方法对分区后的点云进行拟合，根据实际数据选择迭代次数、数据点距离拟合直线最大距离；经过ransac处理后最终
6.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机榫头参数计算方法，其特征在于，步骤三中，对角度参数提取，根据提取直线序列方程计算得到各直线i、j之间夹角，直线L3与直线L9之间的夹角为顶角α，直线L3与直线L6之间的夹角为底角β；
7.一种利用权利要求1至6任一项所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法的系统。
...【技术特征摘要】
1.一种基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，步骤s1中，pca算法通过点云坐标方差最大的方向，即叶片坐标系z方向，建立特征坐标系；具体如下：
3.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，步骤s2中，采用基于移动最小二乘法的航空发动机叶片榫头排序同步降噪法，步骤如下：
4.根据权利要求1所述的基于ransac直线分割拟合的航空发动机叶片榫头参数计算方法，其特征在于，步骤s2中，为获得分区并降噪，采用基于移动最小二乘法的排序同步降噪算法进行排序降噪，在排序的过程中同时计算各点...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永猛，陈泽，谭久彬，孙传智，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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