CN113732514B - 一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统 - Google Patents

一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像；以Loop细分算法对三维模型进行细分得到多个细分面构成的细分模型；将三维图像内部的各个构件垂直投影到细分模型上每个细分面的相应位置得到多个投影区域，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点；通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化，能够对直升机尾喷管生成激光冲击轨迹，根据金属内部的缺陷生成待强化点进行激光冲击能够很好的保持金属原有的连接性和强度，提高激光冲击的可靠性，本发明应用于激光冲击技术分类领域。

Description

一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统
技术领域
本公开属于激光冲击强化技术领域，具体涉及一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统。
背景技术
在直升机的飞行过程中持续的震动极大，尤其是直升机的尾喷管，在承受高温、高强度的连续震荡导致的循环应力或循环应变作用下，在直升机的尾喷管的一处或几处会逐渐产生局部裂纹，甚至突然发生完全断裂。因此，在直升机尾喷管的铸造过程中，需要通过激光冲击强化技术强化其表面以减少应力集中的情况，避免上述情况发生，需要对直升机尾喷管的焊缝、金属的气孔和渣孔等损伤位置进行快速识别，并进行激光冲击强化，从而提高尾喷管的强度以达到可用的合格标准，目前的一般采用的激光冲击方法是逐行逐列的直线或者纵向无差别冲击，耗费的代价大并且激光冲击得到的成品也略微破坏了金属原有的连接性和强度，并不适合尾喷管底部这种较复杂的双曲面，因此，需要一种能够适用于直升机尾喷管的方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法，所述方法包括以下步骤：
S100，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像；
S200，以Loop细分算法对三维模型进行[1,3]次的细分得到多个细分面构成的细分模型；
S300，将三维图像内部的各个构件垂直投影到细分模型上每个细分面的相应位置得到多个投影区域；所述构件为工业CT扫描尾喷管得到三维图像内部的阴影区域(一般为气孔、划痕、裂缝、分层等各种缺陷)；
S400，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点；
S500，通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化。
进一步地，在S100中，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像的方法为通过v|tome|x L450系统的300kv/500W微米焦点射线管对直升机的尾喷管进行扫描，并通过工业CT软件datos|x 2.0的三维重建得到尾喷管的三维图像。
进一步地，在S400中，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点方法为：
S401,设置变量i和j,初始化i的值为1，i取值范围为[1,N],N为细分模型上细分面的数量；以pi为第i个细分面；随机选取一个细分面作为开始区域；从开始区域p1开始各个细分面按照与p1几何中心点或者质心点的欧式距离从近到远进行排序，得到排好序的细分面的集合P＝{pi}；
S402,搜索与pi邻接的所有细分面，即与pi有共同的边界的所有细分面，构成集合P1＝{p1j}，P1中细分面数量为M，p1j为第j个细分面；
S403,计算pi与集合P1中各个细分面p1j的邻接程度LT：
其中，Vpi为pi在三维模型上对应的区域的像素平均灰度值或者通过有限元分析软件ABAQUS得到的相应区域的应力分布图的像素平均值；Upj表示集合P1中第j个细分面在三维模型上对应的区域的像素平均灰度值或者通过有限元分析软件ABAQUS得到的相应区域的应力分布图的像素平均值；
S404,选择P1中各个细分面p1j中与pi的邻接程度的值最大的细分面MAX_p1j；计算三维图像内部的各个构件在MAX_p1j中投影区域的总面积M1，计算三维图像内部的各个构件在与MAX_p1j相邻接的所有细分面中投影区域的各个总面积的算术平均值为AVE，当M1大于AVE时，标记MAX_p1j的几何中心点或者质心点为MAX_P点，作三维图像的内切球，三维图像与内切球的上的各个接触点的集合为NJ，搜索集合NJ在的各个接触点中与MAX_P点距离最近的点为第一参考点CP；
S405,由构建MAX_P点、参考点CP互相连接得到路径L1，记L1在细分面MAX_p1j为上的投影线段PJL1，标记投影线段PJL1在细分面MAX_p1j上穿过三维图像内部的各个构件在MAX_p1j中投影区域，则标记投影线段PJL1穿过的各个投影区域的线段部分为待强化段，以每个待强化段的线段中点为待强化点；
S405,当i＜N则将i的值增加1并转到步骤S402；当i≥N时,得到标记好各个待强化点空间坐标的三维模型。
进一步地，通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化的方法为：控制激光器和水龙头按照激光冲击按照每个待强化点的坐标的轨迹进行移动，对每个待强化点进行激光冲击强化，在激光冲击的同时使水龙头喷射的水流形成水约束层，其中，涉及到的激光器和水龙头的移动通过总控制器进行控制，其余辅助硬件设备可参见专利号为ZL201310040843.X的发明专利“一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法和装置”。
本发明还提供了一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
尾喷管CT采集单元，用于通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像；
三维细分单元，用于以Loop细分算法对三维模型进行[1,3]次的细分得到多个细分面构成的细分模型；
构件投影单元，用于将三维图像内部的各个构件垂直投影到细分模型上每个细分面的相应位置得到多个投影区域；
待强化点标记单元，用于根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点；
激光冲击强化单元，用于通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化。
本公开的有益效果为：本发明提供一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法及系统，能够对直升机尾喷管生成激光冲击轨迹，根据金属内部的缺陷生成待强化点进行激光冲击能够很好的保持金属原有的连接性和强度，提高激光冲击的可靠性。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法的流程图；
图2所示为一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法，所述方法包括以下步骤：
S100，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像；
S200，以Loop细分算法对三维模型进行[1,3]次的细分得到多个细分面构成的细分模型；
S300，将三维图像内部的各个构件垂直投影到细分模型上每个细分面的上得到多个投影区域；所述构件为工业CT扫描尾喷管得到三维图像内部的阴影区域(三维模型的内部结构，或者内部的灰度值小于64的区域)(一般为气孔、划痕、裂缝、分层等各种缺陷)；
S400，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点；
S500，通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化。
进一步地，在S100中，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像的方法为通过v|tome|x L450系统的300kv/500W微米焦点射线管对直升机的尾喷管进行扫描，并通过工业CT软件datos|x 2.0的三维重建得到尾喷管的三维图像。
进一步地，在S400中，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点方法为：
S401,设置变量i和j,初始化i的值为1，i取值范围为[1,N],N为细分模型上细分面的数量；以pi为第i个细分面；随机选取一个细分面作为开始区域；从开始区域p1开始各个细分面按照与p1几何中心点或者质心点的欧式距离从近到远进行排序，得到排好序的细分面的集合P＝{pi}；
S402,搜索与pi邻接的所有细分面，即与pi有共同的边界的所有细分面，构成集合P1＝{p1j}，P1中细分面数量为M，p1j为第j个细分面；
S403,计算pi与集合P1中各个细分面p1j的邻接程度LT：
其中，Vpi为pi在三维模型上对应的区域的像素平均灰度值或者通过有限元分析软件ABAQUS得到的相应区域的应力分布图的像素平均值；Upj表示集合P1中第j个细分面在三维模型上对应的区域的像素平均灰度值或者通过有限元分析软件ABAQUS得到的相应区域的应力分布图的像素平均值；
S404,选择P1中各个细分面p1j中与pi的邻接程度的值最大的细分面MAX_p1j；计算三维图像内部的各个构件在MAX_p1j中投影区域的总面积M1，计算三维图像内部的各个构件在与MAX_p1j相邻接的所有细分面中投影区域的各个总面积的算术平均值为AVE，当M1大于AVE时，标记MAX_p1j的几何中心点或者质心点为MAX_P点，作三维图像的内切球，三维图像与内切球的上的各个接触点的集合为NJ，搜索集合NJ在的各个接触点中与MAX_P点距离最近的点为第一参考点CP；
S405,由构建MAX_P点、参考点CP互相连接得到路径L1，记L1在细分面MAX_p1j为上的投影线段PJL1，标记投影线段PJL1在细分面MAX_p1j上穿过三维图像内部的各个构件在MAX_p1j中投影区域，则标记投影线段PJL1穿过的各个投影区域的线段部分为待强化段，以每个待强化段的线段中点为待强化点；
S405,当i＜N则将i的值增加1并转到步骤S402；当i≥N时,得到标记好各个待强化点空间坐标的三维模型。
进一步地，通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化的方法为：控制激光器和水龙头按照激光冲击按照每个待强化点的坐标的轨迹进行移动，对每个待强化点进行激光冲击强化，在激光冲击的同时使水龙头喷射的水流形成水约束层，其中，涉及到的激光器和水龙头的移动通过总控制器进行控制，其余辅助硬件设备可参见专利号为ZL201310040843.X的发明专利“一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法和装置”。
本公开的实施例提供的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统，如图2所示为本公开的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统结构图，该实施例的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统实施例中的步骤。
所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
尾喷管CT采集单元，用于通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像；
三维细分单元，用于以Loop细分算法对三维模型进行[1,3]次的细分得到多个细分面构成的细分模型；
构件投影单元，用于将三维图像内部的各个构件垂直投影到细分模型上每个细分面的相应位置得到多个投影区域；
待强化点标记单元，用于根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点；
激光冲击强化单元，用于通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化。
所述一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统的示例，并不构成对一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统可运行系统的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (4)

1.一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像；
S200，以Loop细分算法对三维模型进行[1,3]次的细分得到多个细分面构成的细分模型；
S300，将三维图像内部的各个构件垂直投影到细分模型上每个细分面的相应位置得到多个投影区域；
S400，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点；
S500，通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化；
其中，在S400中，根据投影区域标记三维模型表面上的各个待强化点方法为：
S401,设置变量i和j,初始化i的值为1，i取值范围为[1,N],N为细分模型上细分面的数量；以pi为第i个细分面；随机选取一个细分面作为开始区域；从开始区域p1开始各个细分面按照与p1几何中心点或者质心点的欧式距离从近到远进行排序，得到排好序的细分面的集合P={pi}；
S402,搜索与pi邻接的所有细分面，即与pi有共同的边界的所有细分面，构成集合P1={p1j}，P1中细分面数量为M，p1j为第j个细分面；
S403, 计算pi与集合P1中各个细分面p1j的邻接程度LT：
；
其中，Vpi为pi在三维模型上对应的区域的像素平均灰度值或者通过有限元分析软件ABAQUS得到的相应区域的应力分布图的像素平均值；Upj表示集合P1中第j个细分面在三维模型上对应的区域的像素平均灰度值或者通过有限元分析软件ABAQUS得到的相应区域的应力分布图的像素平均值；
S404,选择P1中各个细分面p1j中与pi的邻接程度的值最大的细分面MAX_p1j；计算三维图像内部的各个构件在MAX_p1j中投影区域的总面积M1，计算三维图像内部的各个构件在与MAX_p1j相邻接的所有细分面中投影区域的面积的算术平均值为AVE，当M1大于AVE时，标记MAX_p1j的几何中心点或者质心点为MAX_P点，作三维图像的内切球，三维图像与内切球的上的各个接触点的集合为NJ，搜索集合NJ在的各个接触点中与MAX_P点距离最近的点为第一参考点CP；
S405,由构建MAX_P点、参考点CP互相连接得到路径L1，记L1在细分面MAX_p1j为上的投影线段PJL1，标记投影线段PJL1在细分面MAX_p1j上穿过三维图像内部的各个构件在MAX_p1j中投影区域，则标记投影线段PJL1穿过的各个投影区域的线段部分为待强化段，以每个待强化段的线段中点为待强化点；
S405,当i＜N则将i的值增加1并转到步骤S402；当i≥N时,得到标记好各个待强化点空间坐标的三维模型。
2.根据权利要求1所述的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法，其特征在于，在S100中，通过工业CT扫描尾喷管得到三维图像的方法为通过v|tome|x L 450系统的300kv/500W微米焦点射线管对直升机的尾喷管进行扫描，并通过工业CT软件datos|x 2.0的三维重建得到尾喷管的三维图像。
3.根据权利要求1所述的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法，其特征在于，通过各个待强化点的空间坐标对尾喷管的相应位置进行激光冲击强化的方法为：控制激光器和水龙头按照激光冲击按照每个待强化点的坐标的轨迹进行移动，对每个待强化点进行激光冲击强化，在激光冲击的同时使水龙头喷射的水流形成水约束层。
4.一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3中的任一项所述的一种尾喷管底部双曲面焊接区激光冲击强化方法中的步骤。
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