基于工业CT测量数据的空心涡轮叶片三维壁厚分析

航空发动机空心涡轮叶片的壁厚是保证叶片强度的一个非常重要的参数,需要生产阶段进行全面的检测。以涡轮叶片的锥束CT(computed tomography)图象序列和叶片CAD(computer aided design)模型为基础,给出一种基于模板的空心涡轮叶片三维法向壁厚自动分析方法。使用亚像素级边缘检测算法,从叶片锥束CT图象序列提取叶片的高精度内、外表面点云数据,并进行空间栅格划分,以提高后续计算的效率。采用CAD驱动的模型配准方法实现叶片测量数据与CAD模型的可靠定位。依据叶片壁厚特征在叶片CAD模型上定义壁厚分析模板,通过壁厚分析模板与叶片点云数据的求交运算,得到对应区域的三维壁厚与壁厚偏差分布。使用一组仿真生成的叶片CT图象序列对三维壁厚计算精度进行验证。

涡轮叶片形状检测中的模型配准控制点集选取

叶片模型的配准定位是叶片形状检测与分析的一个核心环节。为解决基于迭代最近点方法的叶片密集测量数据与其CAD模型的可靠配准问题,提出一种基于CAD模型的配准控制点集选取方法。结合模型配准可靠性分析技术,预先在叶片CAD模型规划出配准基准点集;通过测量数据与配准基准点集的配准运算,把配准基准点集映射到叶片测量数据上,获取测量模型上对应的配准控制点集;滤除其中可能降低模型配准精度的坏点,得到最终的叶片模型配准控制点集。进行基于仿真与实测数据的叶片模型配准试验及对比分析,总结出一些可用于指导叶片模型配准控制点集选取的策略。结果表明,所提出的叶片模型配准控制点集选取方法是可行的。

一种基于工业CT的航空发动机涡轮叶片生产检测系统关键技术研究

基于工业CT的航空发动机涡轮叶片无损检测系统能对涡轮叶片进行无损、准确、高效和全方位的检测。检测系统软件使用叶片的CT切片图像建立叶片的三维数字样品模型 ,基于此模型进行叶片的尺寸检测、表面轮廓度偏差分析、壁厚分析以及铸造缺陷分析 ,给出最终的检测报告。主要研究与实现了叶片数字样品模型生成、表面轮廓度偏差分析和壁厚分析等检测系统软件中的关键技术 。

面向叶片弯扭变形分析的测量采样方法

针对叶片弯扭变形分析的问题,对等参数、等弧长及等弦高测量采样方法进行了研究。采用以上三种测量采样方法对叶片CAD截面线进行离散,对得到的离散点集进行平移、旋转及加噪处理,作为叶片弯扭变形的截面测量数据;通过采用奇异值分解和最近点迭代相结合的算法,将叶片截面测量数据与计算机辅助设计模型的截面轮廓线进行配准,计算出测量截面线相对于CAD模型截面线的扭转角度和平移量,并得出不同测量采样方法对应的叶片弯扭变形分析的精度。通过基于仿真数据和实测数据的叶片截面模型配准实验及对比分析,总结出一些可用于指导叶片弯扭变形分析的测量采样策略。

涡轮叶片锥束体积CT检测系统软件原型

给出了检测系统软件原型的总体结构和数据流设计。研究了图像序列快速重建、高精度图像边缘检测、叶片点云模型与CAD设计模型配准、叶片壁厚检测与铸造缺陷分析等关键模块的实现方法。软件原型由C++6.0编程实现。仿真测试表明该软件可基于空心涡轮叶片的锥束体积CT扫描数据对叶片的外型轮廓偏差、壁厚和铸造缺陷进行检测分析。

基于误差控制的薄壁叶片椭圆弧形前后缘建模方法

针对基于测量数据的发动机薄壁叶片椭圆弧形前后缘建模问题,在最小二乘法椭圆拟合的基础上,提出一种基于误差控制的叶片椭圆弧形前后缘拟合重建方法.通过设定迭代控制误差对拟合过程进行控制,当拟合误差小于等于预先设定的迭代控制误差时迭代拟合终止,可有效地避免叶盆、叶背上的点参与拟合;提出一种考虑叶片纵向光顺要求的各截面椭圆参数调整方法,可实现前后缘椭圆参数的提取以及叶片前后缘区域光顺曲面的生成.在文中方法的基础上开发了叶片前后缘建模软件模块,并通过实测数据验证了该方法的有效性.

CAD模型引导的涡轮叶片密集测量数据分割

使用光学照相设备与锥束工业CT等数字化测量手段可以为涡轮叶片的几何形状检测提供密集的测量数据。为了有效进行涡轮叶片各结构特征的几何尺寸分析,需要对涡轮叶片的测量数据进行分割,把具有复杂拓扑结构的空心涡轮叶片的测量数据分割成简单拓扑结构对应的测量数据子集。针对已有测量数据分割方法的不足,提出一种CAD模型引导的涡轮叶片测量数据分割方法。该方法以叶片CAD模型的线框表示为先验知识,与基于边的测量数据分割方法相结合,实现涡轮叶片密集测量数据的可靠分割。使用仿真与实测的叶片数据对分割方法进行了验证。

基于CBVCT图像序列的空心涡轮叶片壁厚检测技术

航空发动机空心涡轮叶片的壁厚是保证叶片强度的一个关键参数。本文给出一种基于叶片锥束体积CT图像序列和叶片CAD模型的叶片壁厚检测方法。通过从叶片CAD模型导出的壁厚检测模板与从叶片CBVCT图像序列提取的点云模型之间的求交运算,自动生成叶片指定截面上的壁厚偏差。相关算法由VC++编程实现,并用仿真生成的叶片CB-VCT图像序列进行验证。

一种基于时空MRF的工业CT图像序列分割方法

提出了一种基于时空马尔科夫随机场的工业CT图像序列分割算法。此算法根据工业CT图像序列信息连续性的特点,建立时空Markov随机场,并且构造相应的混合高斯统计模型能量函数,利用条件迭代算法(ICM)实现最大后验概率(MAP)估计。仿真试验表明,该方法能够较好地实现工业CT图像序列的分割。

锥束ART算法快速图像重建

针对锥束ART算法重建速度慢的问题,提出了一种基于投影的三维射线与体素的快速遍历和求交算法。该算法将三维射线投影到两个互相垂直的平面上,通过计算投影线与投影平面的相交情况来确定三维射线穿过体素的索引及长度。利用该算法在图像重建过程中实时计算权因子,不仅节省了大量的内存空间,而且提高了投影和反投影运算的速度。基于该算法的特点,在重建过程中采用了一种按列优先的策略,减少了不必要的计算,大大提高了重建速度。仿真实验表明,该算法非常有效,与传统的Siddon算法相比取得了17倍以上的重建加速比。

一种区域公差约束的叶片模型配准方法

针对航空发动机涡轮叶片几何形状检测中的模型配准定位问题,依据叶片型面区域公差设计的特点,提出一种区域公差约束的叶片模型配准方法,尽可能把模型配准控制点集约束在公差带以内。在迭代最近点配准方法的目标函数的基础上,附加区域公差约束条件,建立区域公差约束的叶片模型配准目标函数,并给出了基于遗传算法叶片模型约束配准求解方法。使用叶片的仿真与实测数据进行了模型配准实验,结果表明,所提出的方法能显著减少配准控制点集的超差点数目。

基于简化点云带动的涡轮叶片快速配准技术

针对涡轮叶片密集点云数据与计算机辅助设计模型配准速率慢、耗费时间长的问题,提出基于简化点云带动涡轮叶片快速配准的方法。基于叶片的三维光学扫描数据和计算机辅助设计模型,采用均匀采样法和曲率采样法简化点云模型数据,通过最近点迭代和奇异值分解相结合的配准方法,实现叶片密集点云模型与计算机辅助设计模型的快速配准,并对配准精度和速度进行了统计分析。结果表明,基于均匀采样法简化的点云数据模型带动的配准,在保证配准精度的前提下能有效提高配准效率。

基于ICT切片图像的航空发动机涡轮叶片壁厚检测

该文针对航空发动机中的涡轮叶片的检测问题,研究了基于ICT切片图像的叶片壁厚测量方法。该方法主要在关键点选取上进行了较好的筛选,并对结果进行了拟合。实验结果表明,采用该测量方法可以保证检测误差小,测量结果直观等特点。从而较好地满足了航空发动机中对叶片壁厚检测的要求。

基于中弧线的空心涡轮叶片壁厚计算方法研究

针对高精度复杂空心涡轮叶片壁厚测量问题,提出了一种基于中弧线的壁厚计算方法。通过对空心叶片CT切片数据的处理,建立了相应的点云数据测量模型,并与叶片CAD模型进行配准,实现了各截面数据点的提取与拟合,从而计算出了中弧线;在此基础上,运用UG二次开发平台求出了叶片各点的壁厚。实测结果表明:通过该方法能够精确计算复杂空心涡轮叶片的壁厚,提高空心叶片壁厚精度及其可靠性。

基于逆向工程技术的涡轮叶片型面精铸位移场测评

针对涡轮叶片型面精铸位移场测量评估问题,提出一种基于逆向工程的评测方法。通过三坐标测量机对实际铸件进行测量重构出型面,采用两步配准算法计算出测量模型与CAD模型的空间变换矩阵并将测量模型进行坐标变换,然后计算出测量模型各节点相对于CAD模型的法向偏移距离作为该节点的位移量并可用于后续模具的精确修正。该方法实现了对涡轮叶片型面精铸变形量的精确评测,为模具的精确修模提供了良好的技术支持。

涡轮叶片密集点云数据与CAD模型配准方法

针对密集点云数据与CAD模型的配准问题,提出了一种基于简化模型曲率计算的配准方法。该方法通过计算简化模型和CAD模型各点的曲率提取出两模型上某一对应的特征面,根据特征面求出三组对应点对并计算坐标变换矩阵;把得到的变换矩阵应用于简化前的原始点云模型实现模型的预配准;最后通过奇异值分解和最近点迭代相结合的算法实现精确配准。实例表明,该方法实现了密集点云数据与CAD模型的配准,并在保证配准精度的前提下提高了配准的速度,从而验证了方法的有效性和实用性。

基于测量数据的叶片截面特征参数提取

为了满足航空发动机叶片尺寸检测的需要,研究了基于测量数据的叶片截面分析技术,给出了弦线,前后缘半径、最大厚度、中弧线的提取方法,实验结果表明此提取方法误差小于0．05mm,可以满足叶片检测的要求。

基于主动轮廓模型的复杂陶芯弯扭变形分析

为分析复杂陶芯在制造过程中产生的弯曲和扭转变形,提出了一种基于改进的主动轮廓模型——Snake模型的弯扭变形分析方法。通过改进的Snake模型提取陶芯测量模型与计算机辅助设计模型的截面轮廓线;由奇异值分解和最近点迭代相结合的算法实现两模型截面轮廓线的配准,计算出测量模型截面线相对于计算机辅助设计模型截面线的扭转角度和平移量,通过对多组截面线进行计算分析,最终得出陶芯的弯扭变形情况。实验结果表明,该方法能获得复杂陶芯模型的高精度截面轮廓线和其弯扭变形情况,具有一定的实用性。

基于像素模型的CT仿真投影快速计算

提高仿真投影的计算速度一直是CT仿真技术的重要研究内容。针对像素模型的投影计算,提出了一种快速仿真投影生成算法。首先确定射线与像素模型边界相交的起始像素索引及纵向距离,然后通过该纵向距离依次计算射线穿过的像素索引及相交长度,同时累加出投影数据。实验结果表明,该算法大大提高了投影计算速度,与Sid-don算法相比取得了约7倍的加速比;图像重建结果也证明了该算法的正确性。

投影数对ART算法重建质量的影响

针对不完全投影数据的重建问题,提出了利用代数重构技术(ART)算法进行图像重建。分析了投影数对重建线性方程组解的影响,在此基础上通过仿真试验具体研究了不同投影角数和不同射线数对重建质量的影响。试验结果表明,增加每个角度下的射线数可有效提高重建质量,在射线数保持不变时,选择合适的投影角数能够获得较好的重建质量。