CN117570843A - 一种基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，对固体火箭发动机残骸进行解剖；使用三维激光扫描设备对解剖后的固体火箭发动机残骸进行扫描获得三维扫描模型；基于固体火箭发动机残骸的检测要求对扫描模型进行解剖检测；对扫描后的模型进行边缘轮廓的分析，检测固体火箭发动机残骸的整体情况，本发明能够解决固发残骸检测效率低、检测方法落后、数据保存难度高、试验效果评估难的问题。
Description
技术领域
本发明属于固体火箭发动机残骸三维激光检测领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法。
背景技术
固体火箭发动机残骸是固体火箭发动机完成地面试验后产生的残缺壳体，通过测量残骸各项尺寸，设计师可了解到试验后壳体变形、绝热层烧蚀情况等信息，这有助于设计师后续的设计优化。烧蚀后壳体黑灰较多、气味较大，不易储存，并且检测依靠检验使用卡尺等传统检测手段进行检测，检测效率低下，且检测范围覆盖低，较难达到设计师要求。
三维激光扫描作为一种新型检测技术，具有扫描精度高、检测速度快等优点，是一种非接触式的先进检测技术。三维激光扫描以三角形几何关系为依托，通过测量设备、标记点位置可获得每个扫描点的空间位置。三维激光扫描仪对固发残骸扫描测量后得到三维空间点云模型，经过模型的拼接，对扫描产生的噪点、扫描多余物的滤波清除，网格化优化处理后的点云数据，获得固发残骸三维扫描模型，该模型为残骸实体的三维数字化信息，可代替固发残骸实体，极大的便利了残骸的留存。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，能够解决固发残骸检测效率低、检测方法落后、数据保存难度高、试验效果评估难的问题。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，对固体火箭发动机残骸进行解剖；使用三维激光扫描设备对解剖后的固体火箭发动机残骸进行扫描获得三维扫描模型；基于固体火箭发动机残骸的检测要求对扫描模型进行解剖检测；对扫描后的模型进行边缘轮廓的分析，检测固体火箭发动机残骸的整体情况。
进一步地，依据残骸特征对残骸进行分类解剖，对于复合材料壳体残骸，按照四条象限线对其进行解剖；对于金属材料壳体，解剖时按照其象限线顺时针10°线解剖；对于扩张段残骸，选取喉衬烧蚀最严重的部位及其顺航向顺时针相距90°的方位，通过轴线，将非金属零件沿轴向剖开。
进一步地，根据解剖后残骸表面特征及外部扫描环境设置扫描参数，包括曝光度、解析度、扫描模式；依照固体火箭发动机残骸的外形轮廓和形状特征规划、编辑扫描路径；按照需求在固体火箭发动机残骸表面粘贴多个标记点并进行扫描；对扫描得到的点云数据进行优化处理并拼接正反两面点云数据；网格化扫描点云数据，获得三维模型。
进一步地，对扫描模型进行解剖检测具体为：是以三维模型为基础，按照残骸检测要求，将固体火箭发动机残骸模型以环向固定角度进行解剖，再以轴向固定长度解剖，即可测量获得所有所需残骸尺寸。
进一步地，所述边缘轮廓的分析具体为：以固体火箭发动机三维模型为基准，将固体火箭发动机残骸、解剖后固体火箭发动机残骸的三维模型与固体火箭发动机三维模型进行配准，对配准的模型进行算法评估，检测两模型间的偏差，获得残骸的外部轮廓信息，从而进行残骸试验后变形、烧蚀情况分析。
有益效果：
1、本发明设计了一种三维模型的解剖检测方法，解剖后尺寸检测效率大大提高，为对固体火箭发动机试验后状态进行高效全面评估提供了支持。
2、本发明方法为光学非接触式的先进检测方法，既可以检测固发残骸的各类指标，也可获得残骸的三维数字模型，解决了固发残骸检测效率低、检测方法落后、数据保存难度高、试验效果评估难的问题。
3、本发明方法获得固发残骸三维扫描模型，该模型为残骸实体的三维数字化信息，可代替固发残骸实体，极大的便利了残骸的留存。
附图说明
图1是本发明三维激光检测方法流程图。
图2是本发明扫描流程图。
图3是本发明解剖扫描测量流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于三维激光扫描技术的固体火箭发动机残骸检测方法。该检测方法包括依据固发残骸特征对残骸的分类解剖扫描；使用三维激光扫描设备对解剖后固发残骸的三维结构扫描流程规划；对扫描后的三维模型按检测特点解剖，测量相关全部尺寸；基于三维模型的边缘轮廓分析、比对，以便于分析残骸整体变形、烧蚀情况。
所述的使用三维激光扫描设备对固发残骸的三维结构扫描，实施方法为：依据残骸特征对残骸进行分类解剖，对于复合材料壳体残骸，按照四条象限线对其进行解剖；对于金属材料壳体，解剖时按照其象限线顺时针10°线解剖；对于扩张段残骸，选取喉衬烧蚀最严重的部位及其顺航向顺时针相距90°的方位，通过轴线，将喉衬等非金属零件沿轴向剖开，根据解剖后残骸表面特征及外部扫描环境设置扫描参数，包括曝光度、解析度、扫描模式等；依照固发残骸的外形轮廓和形状特征规划、编辑扫描路径；按照需求在固发残骸表面粘贴适宜数量标记点并进行扫描；对扫描得到的点云数据进行优化处理并拼接正反两面点云数据；网格化扫描点云数据，获得三维模型。
所述的三维模型解剖，是以三维模型为基础，按照残骸检测要求，将固发残骸模型以环向固定角度进行解剖，再以轴向固定长度解剖，即可测量获得所有所需残骸尺寸。，该解剖方法在于解剖后可对特定部位的全尺寸测量，尺寸偏差分析，特定特征指标分类，检测效果评估。
所述的基于三维模型的边缘轮廓分析、比对，是以固体火箭发动机三维模型为基准，以特定算法将固发残骸、解剖后固发残骸的三维模型与之进行配准，对配准的模型进行算法评估，检测两模型间的偏差，获得残骸的外部轮廓信息，从而进行残骸试验后变形、烧蚀情况分析。
图1中给出了本检测方法的整体层面流程图。该检测方法由三维激光扫描设备、工装&工作台、固发残骸、固发残骸点云数据、固体火箭发动机模型、模型解剖、固发残骸三维模型、尺寸测量、边缘轮廓分析九个模块组成。工装&工作台根据固发残骸的形状、大小选择、设计，用来放置、固定残骸；三维激光扫描设备为该检测方法的核心，依据固发残骸的大小可分别选择手持式三维激光扫描设备和球笼式三维激光扫描设备，尺寸较大的残骸适合使用球笼式设备，尺寸较小的残骸适合使用手持式设备。固发残骸点云数据是由三维激光扫描设备配合工装、工作台对固发残骸进行扫描后得到的点云数据，残骸点云数据经过一系列多余数据清理、噪点滤除等操作后，获得固发残骸三维模型。可直接用固发残骸三维模型来测量部分尺寸，可与固体火箭发动机模型对齐后进行尺寸测量、边缘轮廓分析；模型解剖为固发残骸三维模型解剖而成。
图2中给出了本检测方法的扫描流程。固发残骸三维扫描分为两种，适合固定于工装上的，该类残骸无需粘贴标记点，直接固定在特定工装上进行全局扫描获得扫描模型；适合置于工作台上的需在残骸表面粘贴标记点，进行正反两面扫描后拼接获得扫描模型。
图3给出了本检测方法的固发残骸解剖扫描检测内容。固发残骸壳体有复合材料壳体残骸、金属材料壳体残骸两种，同时包括扩张段等其他部件，对于不同固发残骸，依据三维激光扫描特征有不同残骸解剖扫描方法，获得完整固发残骸模型后,依据残骸模型特征、残骸检测方法可进行模型解剖测量或直接测量。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，其特征在于，对固体火箭发动机残骸进行解剖；使用三维激光扫描设备对解剖后的固体火箭发动机残骸进行扫描获得三维扫描模型；基于固体火箭发动机残骸的检测要求对扫描模型进行解剖检测；对扫描后的模型进行边缘轮廓的分析，检测固体火箭发动机残骸的整体情况。
2.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，其特征在于，依据残骸特征对残骸进行分类解剖，对于复合材料壳体残骸，按照四条象限线对其进行解剖；对于金属材料壳体，解剖时按照其象限线顺时针10°线解剖；对于扩张段残骸，选取喉衬烧蚀最严重的部位及其顺航向顺时针相距90°的方位，通过轴线，将非金属零件沿轴向剖开。
3.如权利要求2所述的基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，其特征在于，根据解剖后残骸表面特征及外部扫描环境设置扫描参数，包括曝光度、解析度、扫描模式；依照固体火箭发动机残骸的外形轮廓和形状特征规划、编辑扫描路径；按照需求在固体火箭发动机残骸表面粘贴多个标记点并进行扫描；对扫描得到的点云数据进行优化处理并拼接正反两面点云数据；网格化扫描点云数据，获得三维模型。
4.如权利要求1或3所述的基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，其特征在于，对扫描模型进行解剖检测具体为：是以三维模型为基础，按照残骸检测要求，将固体火箭发动机残骸模型以环向固定角度进行解剖，再以轴向固定长度解剖，即可测量获得所有所需残骸尺寸。
5.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的固体火箭发动机残骸检测方法，其特征在于，所述边缘轮廓的分析具体为：以固体火箭发动机三维模型为基准，将固体火箭发动机残骸、解剖后固体火箭发动机残骸的三维模型与固体火箭发动机三维模型进行配准，对配准的模型进行算法评估，检测两模型间的偏差，获得残骸的外部轮廓信息，从而进行残骸试验后变形、烧蚀情况分析。
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