CN108765565A - 一种fod损伤的三维实体建模方法 - Google Patents

一种fod损伤的三维实体建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108765565A
CN108765565A CN201810315092.0A CN201810315092A CN108765565A CN 108765565 A CN108765565 A CN 108765565A CN 201810315092 A CN201810315092 A CN 201810315092A CN 108765565 A CN108765565 A CN 108765565A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fod
damages
point
tri
dimensional entity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810315092.0A
Other languages
English (en)
Inventor
宋迎东
万煜玮
胡绪腾
贾旭
吴娜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201810315092.0A priority Critical patent/CN108765565A/zh
Publication of CN108765565A publication Critical patent/CN108765565A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/10—Constructive solid geometry [CSG] using solid primitives, e.g. cylinders, cubes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种FOD损伤的三维实体建模方法，包括以下步骤：通过扫描试件的真实FOD损伤，获取FOD损伤表面及附近区域的点云数据；从点云数据中取点，获取FOD损伤表面及附近区域的大量点的绝对坐标值；对点的坐标值开展拟合优化，构建FOD损伤表面的三维轮廓云图；基于拟合优化的点集坐标数据，构建样条曲线，并以此为基础拟合FOD损伤的轮廓表面；对所构建的FOD损伤表面开展缝合处理，构建FOD损伤的三维实体模型。本发明基于结构光扫描的FOD轮廓表面数据，通过开展数据处理和拟合优化，构建FOD损伤表面的三维轮廓形貌和尺寸云图，并以此进一步构建与真实FOD形状相近的实体模型。

Description

一种FOD损伤的三维实体建模方法
技术领域
本发明属于FOD缺口研究技术领域，特别涉及一种能够准确表征FOD损伤三维轮廓特征的实体建模方法。
背景技术
航空发动机在服役过程中，因工作环境的限制，不可避免会将空气中的一些硬物(如砂石、金属碎屑等)吸入发动机内，从而对发动机内部的部件造成一定冲击，产生材料损伤，这种冲击损伤则被称之为外物损伤(Foreign Object Damage，以下简称FOD)。
由于航空发动机的FOD事件无法完全避免或预防，因此发动机的风扇/压气机叶片在设计过程中，需要确保风扇/压气机叶片具有在FOD发生后依旧正常工作的能力，即抗FOD能力。并且，由于FOD事件发生频繁，风扇/压气机叶片常常需要进行维修、更换，否则将有可能导致重大的飞行事故，但这也相对地提高了发动机的维护成本。因此，为了能够保证叶片的抗FOD能力，降低发动机的维修成本，需针对FOD损伤开展大量相关方面的研究和分析，从而深入地认识和把握FOD损伤对发动机工作状态的影响机理，而研究分析FOD损伤的重要基础之一是建立准确的FOD损伤实体模型。
但由于在冲击过程中，冲击硬物的形状不规则，冲击位置随机，从而致使FOD损伤的形状复杂多样，难以用简单的几何来表征，即使在实验室中，用形状规则的球体来获取FOD的模拟损伤，其损伤表面轮廓依旧参差不齐。并且，由于三维特性的原因，FOD损伤在形貌的描述和测量方面存在着相当大的困难及问题。在光学显微镜下，仅能观测FOD损伤表面的大致轮廓和形状，无法精确观测其损伤底部的形貌，从而致使测量结果较为单一、粗略，不利于后续FOD模型的建立和分析，也不满足实际的工程需求。
目前，现有技术中尚无能够准确构建FOD损伤的实体建模方法。
发明内容
本发明针对FOD损伤形貌观测困难的问题，本发明的目的是提出一种FOD损伤的三维实体建模方法，依据本发明所建的实体模型能够准确地表征FOD损伤的几何轮廓和形貌特征。
一种FOD损伤的三维实体建模方法，包括以下步骤：
(1)通过扫描试件的真实FOD损伤，获取FOD损伤表面及附近区域的点云数据；
(2)从步骤(1)得到的点云数据中取点，获取FOD损伤表面及附近区域的大量点的绝对坐标值；
(3)对步骤(2)所得到的点的坐标值开展拟合优化，构建FOD损伤表面的三维轮廓云图；
(4)基于拟合优化的点集坐标数据，构建样条曲线，并以此为基础拟合FOD损伤的轮廓表面；
(5)对所构建的FOD损伤表面开展缝合处理，构建FOD损伤的三维实体模型。
所述步骤(1)中，通过结构光扫描仪对FOD损伤表面及附近的区域开展单幅扫描，扫描精度为0.01mm。
所述步骤(2)中，在步骤(1)得到的点云数据上取点，所取点的间隔为0.05mm。
所述步骤(3)中，对步骤(2)中所取得的各点的坐标数据进行处理，使得整体坐标的最小值为零，以便模型的构建和观测。
所述步骤(3)中，对步骤(2)中所取得的各点，利用插值拟合的优化方式，平滑各点之间的连接。
所述步骤(3)中，基于拟合优化后的点集坐标数据，通过三维制图软件来构建FOD损伤轮廓的三维形貌云图。
所述步骤(4)中，拟合优化的坐标数据所构建的样条曲线的阶数取2或3，分段数取50。
所述步骤(5)中，以损伤表面的边缘轮廓为基准，开展曲面缝合构建实体，缝合公差为0.001mm。
有益效果：本发明创建了一种FOD损伤三维实体的建模方法，能够准确地表征真实FOD损伤的几何轮廓和形貌特征，为后续FOD的相关研究提供了重要的基础。与现有技术相比，具有以下优点：
(1)建立了直观的FOD损伤的三维形貌尺寸云图；
(2)建立了能准确表征真实FOD损伤形貌特征的三维实体模型，为后续相关的研究计算提供了基础。
附图说明
图1是实施例中的TC4前缘模拟损伤试件实物图；
图2是实施例中的结构光扫描封装结果图；
图3是实施例中的FOD损伤表面的取点示意图；
图4是实施例中的FOD缺口型损伤的三维形貌云图；
图5是实施例中的FOD损伤缺口a的表面轮廓对比图；
图6是实施例中的FOD损伤缺口b的表面轮廓对比图；
图7是实施例中的FOD损伤形貌的样条曲线；
图8是实施例中的FOD损伤形貌的拟合轮廓表面；
图9是实施例中的FOD损伤试件的实体模型。
具体实施方式
下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例
本实施例以一根带有前缘特征的TC4钛合金FOD损伤试件为例，如图1，试件两侧各存在着一个FOD缺口型损伤，分别记为缺口a，缺口b，均是在实验室中由直径3mm的钢珠冲击产生。
FOD损伤的三维实体建模方法包括以下步骤：
(1)通过扫描上述试件真实的FOD损伤，获取损伤表面及附近区域的点云数据。
通过结构光扫描仪，对FOD缺口型损伤表面及附近的区域开展单幅扫描，扫描精度约为0.01mm，并将扫描所获点云进行封装处理，导出STL文件，扫描后的封装结果如图2所示。
(2)从步骤(1)得到的点云数据中取点，获取FOD损伤表面及附近区域的大量点的绝对坐标值。
由于对STL文件的处理手段有限，倘若在其基础上，直接构建FOD损伤试件的实体模型，很难对FOD损伤表面及附近的区域进行加密处理，从而导致无法准确地表征FOD损伤的形貌特征，因此通过取点拟合的方式，重新构建FOD损伤的表面轮廓。
如图3所示，在FOD损伤表面及其附近区域进行取点，各点的间隔取0.05mm，间隔的选取既保证了精度的要求，又考虑了实体建模的效率。
(3)对采集点的坐标值开展拟合优化，构建FOD损伤表面的三维轮廓云图。
选用MATLAB程序来实现点集处理和形貌图的构建，通过MATLAB自编程序，依据点集各轴坐标的最小值分别对各点的坐标进行处理，使得整体坐标的最小值点为原点，便于后续模型的构建和观测。之后，以插值拟合的优化方式，平滑各坐标点之间的连接，构建FOD缺口型损伤(缺口a，缺口b)的三维尺寸云图，如图4所示。
将所构建的FOD损伤三维云图与光学显微镜下的实物拍摄照片进行对比，如图5、6所示，从两者之间的对比可以明显看出，所构建的FOD三维形貌与真实FOD损伤的轮廓基本一致，说明拟合后的坐标数据能够准确表征FOD损伤的形貌特征。
(4)基于拟合优化的点集坐标数据，构建样条曲线，并以此为基础拟合FOD损伤的轮廓表面。
依据拟合优化后的点集坐标数，构建多个样条曲线，曲线阶数取2，分段数取50，如图7所示。以所构建的多个样条曲线为基础，拟合曲面，即FOD损伤的轮廓表面，如图8所示。
(5)对所构建的FOD损伤表面开展缝合处理，构建FOD损伤的三维实体模型。
以拟合曲面的边缘轮廓为基础，构建片体并开展缝合处理，缝合公差定为0.001mm。通过拉伸、修剪等操作，构建FOD损伤试件的三维实体模型，如图9所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)通过扫描试件的真实FOD损伤，获取FOD损伤表面及附近区域的点云数据；
(2)从步骤(1)得到的点云数据中取点，获取FOD损伤表面及附近区域的大量点的绝对坐标值；
(3)对步骤(2)所得到的点的坐标值开展拟合优化，构建FOD损伤表面的三维轮廓云图；
(4)基于拟合优化的点集坐标数据，构建样条曲线，并以此为基础拟合FOD损伤的轮廓表面；
(5)对所构建的FOD损伤表面开展缝合处理，构建FOD损伤的三维实体模型。
2.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(1)中，通过结构光扫描仪对FOD损伤表面及附近的区域开展单幅扫描，扫描精度为0.01mm。
3.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在步骤(1)得到的点云数据上取点，所取点的间隔为0.05mm。
4.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(3)中，对步骤(2)中所取得的各点的坐标数据，依据各轴坐标的最小值，对整体坐标数据进行处理，使得最小坐标值点为原点，以便后续整体模型的构建和观测。
5.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(3)中，对步骤(2)中所取得的各点，利用插值拟合的优化方式，平滑各点之间的连接。
6.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基于拟合优化后的点集坐标数据，通过三维制图软件来构建FOD损伤轮廓的三维形貌云图。
7.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(4)中，拟合优化的坐标数据所构建的样条曲线的阶数取2或3，分段数取50。
8.根据权利要求1所述的FOD损伤的三维实体建模方法，其特征在于：所述步骤(5)中，以损伤表面的边缘轮廓为基准，开展曲面缝合构建实体，缝合公差为0.001mm。
CN201810315092.0A 2018-04-10 2018-04-10 一种fod损伤的三维实体建模方法 Pending CN108765565A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810315092.0A CN108765565A (zh) 2018-04-10 2018-04-10 一种fod损伤的三维实体建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810315092.0A CN108765565A (zh) 2018-04-10 2018-04-10 一种fod损伤的三维实体建模方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108765565A true CN108765565A (zh) 2018-11-06

Family

ID=63981627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810315092.0A Pending CN108765565A (zh) 2018-04-10 2018-04-10 一种fod损伤的三维实体建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108765565A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109493425A (zh) * 2018-12-17 2019-03-19 长沙矿山研究院有限责任公司 一种矿山三维采空区实体模型的建立方法
CN109712241A (zh) * 2018-12-17 2019-05-03 长沙矿山研究院有限责任公司 一种包含采空区的三维矿山实体模型的建立方法
CN109858076A (zh) * 2018-12-17 2019-06-07 长沙矿山研究院有限责任公司 一种矿山采空区的建模分析方法
CN110006636A (zh) * 2019-03-15 2019-07-12 南京航空航天大学 一种fod用弯曲疲劳试验件及其设计方法
CN114723913A (zh) * 2021-08-12 2022-07-08 成都工具研究所有限公司 影像仪扫描文件矢量化及参数化处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120152007A1 (en) * 2007-01-12 2012-06-21 Richard Holmes Testing performance of a material for use in a jet engine
CN104376172A (zh) * 2014-11-17 2015-02-25 东华大学 一种基于非接触式三维人体扫描的服装压力分布预测方法
CN104484533A (zh) * 2014-12-23 2015-04-01 中国民航大学 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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120152007A1 (en) * 2007-01-12 2012-06-21 Richard Holmes Testing performance of a material for use in a jet engine
CN104376172A (zh) * 2014-11-17 2015-02-25 东华大学 一种基于非接触式三维人体扫描的服装压力分布预测方法
CN104484533A (zh) * 2014-12-23 2015-04-01 中国民航大学 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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
包珍强等: "不同冲击角度外物损伤对TC4钛合金高循环疲劳强度的影响", 《航空动力学报》 *
朱磊等: "镍基合金GH4169疲劳小裂纹的扩展行为", 《航空动力学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109493425A (zh) * 2018-12-17 2019-03-19 长沙矿山研究院有限责任公司 一种矿山三维采空区实体模型的建立方法
CN109712241A (zh) * 2018-12-17 2019-05-03 长沙矿山研究院有限责任公司 一种包含采空区的三维矿山实体模型的建立方法
CN109858076A (zh) * 2018-12-17 2019-06-07 长沙矿山研究院有限责任公司 一种矿山采空区的建模分析方法
CN110006636A (zh) * 2019-03-15 2019-07-12 南京航空航天大学 一种fod用弯曲疲劳试验件及其设计方法
CN114723913A (zh) * 2021-08-12 2022-07-08 成都工具研究所有限公司 影像仪扫描文件矢量化及参数化处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108765565A (zh) 一种fod损伤的三维实体建模方法
CA2911765C (en) Systems and methods for non-destructive evaluation of molds and crucibles used in investment casting
CN107672180B (zh) 一种基于逆向工程技术的3d打印精度检测方法
CN108986048B (zh) 基于线激光扫描三维点云快速复合滤波处理方法
JP5087794B2 (ja) ダムブレードのターボ機械翼などの加工片を修復する方法
CN110666170A (zh) 用于复杂零件slm成型的支撑结构设计方法
US7578178B2 (en) Method of inspecting turbine internal cooling features using non-contact scanners
CN102529019B (zh) 一种模具检测、保护及零件检测、摘取的方法
CN101219528A (zh) 燃气涡轮机轮叶和叶片的水射流剥离和再定轮廓
CN103823649B (zh) 一种基于切片文件的三维打印均匀壁厚抽壳方法
CN110987389B (zh) 一种应力集中系数不小于3的外物损伤缺口标定方法
CN110415331B (zh) 一种基于点云数据的轮廓或孔洞快速检测判别和孔洞修补方法
JP2010210576A (ja) 形状認識装置
CN113865508A (zh) 一种蜂窝夹芯复合材料声衬的通孔率自动化检测装置与方法
Rokicki et al. The assessment of geometric accuracy of aircraft engine blades with the use of an optical coordinate scanner
CN109483887A (zh) 激光选区熔化过程中成形层轮廓精度在线检测方法
JPWO2018020681A1 (ja) 設定方法、検査方法、欠陥評価装置および構造物の製造方法
Li et al. Section curve reconstruction and mean-camber curve extraction of a point-sampled blade surface
CN111008602B (zh) 一种小曲率薄壁零件用二维和三维视觉结合的划线特征提取方法
CN108693030B (zh) Fod缺口型损伤的疲劳性能预测方法
Wang et al. Sub-pixel high precision dimensional measurement method for aero-engine hollow turbine blade based on industrial computed tomography image
JP2005249426A (ja) 鋳造内部欠陥検査支援装置及び方法
CN102529020B (zh) 模具检测、保护及零件检测、摘取的手眼集成装置
CN104550324A (zh) 一种汽车覆盖件拉延模具合模间隙检测方法
CN104331563B (zh) 辊轧叶片型面配准和定位设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181106

RJ01 Rejection of invention patent application after publication