本发明属于航空叶片检测领域，更具体地，涉及一种航空叶片气膜孔的识别方法、装置和系统。
背景技术：
航空发动机作为世界公认的结构最复杂，技术门槛最高的工业产品，一直被誉为工业皇冠上的明珠，而航空叶片作为航空发动机的核心部件，其直接影响航空发动机的气动性能，因此对其进行精确的型面质量控制尤为重要。基于排气性能的考虑，现有的航空叶片更多采用在叶身上增加气膜孔的设计方式，然而气膜孔设计给基于三坐标测量的叶型分析评价工作带来了新的误差。
现有的航空多联叶片检测过程中往往将气膜孔测点错判为轮廓度超差点，导致气膜孔识别效率低，从而降低航空叶片合格率。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种航空叶片气膜孔的识别方法、装置和系统，其目的在于基于理论气膜孔的位置尺寸阈值从最近k距离数据结构中搜索出可能气膜孔测点，进而依据所述可能气膜孔测点与所述叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系确定出实际气膜孔测点，由此解决现有技术中气膜孔识别效率低及航空叶片合格率低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种航空叶片气膜孔的识别方法，包括：
s1：对带有气膜孔的航空叶片中叶型轮廓测点上的原始测点进行曲率计算得到所述叶型轮廓测点的曲率分布；基于曲率阈值与所述曲率分布确定所述叶型轮廓测点上的曲率突变区域；
s2：将所述叶型轮廓测点与理论叶型进行预匹配，建立所述叶型轮廓测点与所述理论叶型对应的最近k距离数据结构；
s3：基于所述理论叶型中理论气膜孔的位置尺寸阈值从所述最近k距离数据结构中搜索出所述叶型轮廓测点上的可能气膜孔测点；
s4：依据所述可能气膜孔测点与所述叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系从所述可能气膜孔测点中确定出实际气膜孔测点。
在其中一个实施例中，所述s1包括：
s11：采用三次样条曲线插值所述叶型轮廓测点，并在样条曲线上加密所述原始测点得到加密测点；利用
s12：计算所述加密测点的曲率值和所述原始测点的曲率值的平均值，并绘制曲率分布曲线；
s13：在所述曲率分布曲线中，将曲率值大于曲率阈值的加密测点及其相邻原始测点组成的区域视为所述曲率突变区域。
在其中一个实施例中，所述三次样条曲线插值的过程为：
将所述叶型轮廓测点上的所有原始测点{p1,p2,p3,…,pm}作为型值点，由所述型值点反求出包含首尾控制点的m 2个控制点{b1,b2,b3,…,bm 2}，
其中，加密测点的坐标pj′＝r3·uj3 r2·uj2 r1·uj1 r0，j∈[1,m-1]；r0、r1、r2、r3由所述m 2个控制点计算得到。
在其中一个实施例中，所述s2包括：
复制所述原始测点{p0,p1,p2,…,pm}得到移动测点{p0′,p1′,p2′,…,pm′}，利用vmm算法对所述移动测点和理论叶型进行计算得到变换矩阵t，使所述移动测点满足理论叶型距离和最小匹配位置得到匹配测点{p0″,p1′,′p2″,…,pm″}；
建立理论叶型测点{l0,l1,l2,…,lw}到所述匹配测点{p0″,p1′,′p2″,…,pm″}的最近邻域的映射结构；对于各个所述理论叶型测点li均存在最近的k个匹配测点的索引{i0,i1,i2,…,ik}。
在其中一个实施例中，所述s3包括：
以理论叶型的气膜孔坐标为圆心，给定直径d和放大系数α划定圆形区域
在其中一个实施例中，对比所述可能气膜孔测点的曲率值；
若所述可能气膜孔测点p处于所述曲率突变区域内，则将所述可能气膜孔测点p视为所述实际气膜孔测点；
若所述可能气膜孔测点q处于所述曲率突变区域外，则视为正常点，将所述曲率突变区域中未被视为所述实际气膜孔测点的点判定为叶片加工误差点。
按照本发明的另一方面，提供了一种航空叶片气膜孔的识别装置，包括：
计算模块，用于对带有气膜孔的航空叶片中叶型轮廓测点上的原始测点进行曲率计算得到所述叶型轮廓测点的曲率分布；基于曲率阈值与所述曲率分布确定所述叶型轮廓测点上的曲率突变区域；
建立模块，用于将所述叶型轮廓测点与理论叶型进行预匹配，建立所述叶型轮廓测点与所述理论叶型对应的最近k距离数据结构；
搜索模块，用于利用所述理论叶型中理论气膜孔的位置尺寸阈值从所述最近k距离数据结构中搜索出所述叶型轮廓测点上的可能气膜孔测点；
确定模块，用于依据所述可能气膜孔测点与所述叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系从所述可能气膜孔测点中确定出实际气膜孔测点。
按照本发明的另一方面，提供了一种航空叶片气膜孔的识别系统，包括：包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的航空叶片气膜孔的识别方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明对带有气膜孔的航空叶片的叶型轮廓测点的所有的点进行曲率计算，得到叶型轮廓测点的曲率分布。根据设定的曲率阈值，确定叶型轮廓测点上的曲率突变区域。将叶型轮廓测点与理论叶型采用vmm算法预匹配，建立叶型轮廓测点与理论叶型的最近k距离的数据结构。根据理论叶型中给定的理论气膜孔圆心位置与直径，通过叶型轮廓测点与理论叶型的最近k距离的数据结构，搜索出在范围内的叶型轮廓测点的可能气膜孔测点。对于在范围内的叶型轮廓测点的可能气膜孔测点，根据对比叶型轮廓测点的曲率突变区域，同时满足曲率突变与理论气膜孔的范围内的条件的叶型轮廓测点视为气膜孔测点。本发明能够提高气膜孔识别效率和航空叶片合格率，后续的匹配评价工作做预处理。
(2)本发明在计算曲率时采用样条曲线的方式，增大点的密度，解决了截面轮廓测点不足，导致平面曲率计算误差波动较大的问题。
(3)本发明主要采用曲率识别与模板匹配两种方式同时判断气膜孔，区分了实际气膜孔与实际加工凹槽，提高了气膜孔识别的正确率。
附图说明
图1为本发明一实施例中航空叶片气膜孔的识别方法的流程图；
图2为本发明另一实施例中航空叶片气膜孔的识别方法的流程图；
图3为本发明一实施例中带气膜孔截面轮廓的曲率分布图；
图4为本发明一实施例中气膜孔识别删除前后效果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，提供了一种航空叶片气膜孔的识别方法，包括：
s1：对带有气膜孔的航空叶片中叶型轮廓测点上的原始测点进行曲率计算得到叶型轮廓测点的曲率分布；基于曲率阈值与曲率分布确定叶型轮廓测点上的曲率突变区域；
s2：将叶型轮廓测点与理论叶型进行预匹配，建立叶型轮廓测点与理论叶型对应的最近k距离数据结构；
s3：基于理论叶型中理论气膜孔的位置尺寸阈值从最近k距离数据结构中搜索出叶型轮廓测点上的可能气膜孔测点；
s4：依据可能气膜孔测点与叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系从可能气膜孔测点中确定出实际气膜孔测点。
具体的，如图2所示，本发明提供的航空叶片气膜孔的识别方法，包括如下步骤：
(1)对带有气膜孔的航空叶片的叶型轮廓测点的所有的点进行曲率计算，得到叶型轮廓测点的曲率分布。根据计算的曲率阈值，确定叶型轮廓测点上的曲率突变区域。其中，图3为本发明一实施例中带气膜孔截面轮廓的曲率分布图，图中圆圈标注处表示曲率绝对值较大的部位，即叶片测点轮廓的气膜孔测点。
(2)将叶型轮廓测点与理论叶型采用vmm算法预匹配，建立叶型轮廓测点与理论叶型的最近k距离的数据结构。
(3)根据理论叶型中给定的理论气膜孔圆心位置与直径，通过叶型轮廓测点与理论叶型的最近k距离的数据结构，搜索出在范围内的叶型轮廓测点的可能气膜孔测点。
(4)对于在范围内的叶型轮廓测点的可能气膜孔测点，根据对比叶型轮廓测点的曲率突变区域，同时满足曲率突变与理论气膜孔的范围内的条件的叶型轮廓测点视为气膜孔测点。
本发明实例中，航空叶片叶型轮廓测点由包括但不限于三坐标测量机、点激光位移传感器及面阵扫描仪采集，叶片的轮廓测点由点、线段、圆弧及样条曲线的坐标信息或控制参数给出。
在其中一个实施例中，s1包括：
s11：采用三次样条曲线插值叶型轮廓测点，并在样条曲线上加密原始测点得到加密测点；利用
s12：计算加密测点的曲率值和原始测点的曲率值的平均值，并绘制曲率分布曲线；
s13：在曲率分布曲线中，将曲率值大于曲率阈值的加密测点及其相邻原始测点组成的区域视为曲率突变区域。
进一步地，曲率计算的具体方式为：
采用三次样条曲线插值叶型轮廓测点，并在样条曲线上加密测点，对于每一个加密测点，有p＝r3·u3 r2·u2 r1·u1 r0，该测点的曲率计算方式为：
进一步地，三次样条曲线插值的方式为：将所有的原始测点{p0,p1,p2,…,pm}当做型值点，反求计算得到m 2个控制点{q0,q1,q2,…,qm 2}。
进一步地，曲率分布的具体实现方式为：统计所有加密测点的曲率值和原始测点的曲率值，计算两种曲率的平均值，绘制曲率分布曲线。计算前后测点之间曲率的差值，绘制曲率差值曲线。
进一步地，得到曲率突变区域的方式为：在曲率分布曲线中，满足曲率大于曲率阈值κi≤κ的加密测点标记，并将加密测点两旁的原始测点标记，视为曲率突变区域。其中，曲率阈值κ由各个点的曲率高斯分布曲线由3σ原则决定。
在其中一个实施例中，三次样条曲线插值的过程为：将叶型轮廓测点上的所有原始测点{p1,p2,p3,…,pm}作为型值点，由型值点反求出m 2个控制点{b1,b2,b3,…,bm 2}，进而得到样条曲线；其中，pj＝r3·uj3 r2·uj2 r1·uj1 r0，j∈(0，m)。
在其中一个实施例中，由型值点反求控制点的方式为：
将叶型轮廓测点上的所有原始测点{p1,p2,p3,…,pm}作为型值点，由型值点反求出包含首尾控制点的m 2个控制点{b1,b2,b3,…,bm 2}，其中b＝a-1m，且
在其中一个实施例中，r0、r1、r2、r3分别通过下述公式计算：
在其中一个实施例中，s2包括：
复制原始测点{p0,p1,p2,…,pm}得到移动测点{p0′,p1′,p2′,…,pm′}，利用vmm算法对移动测点和理论叶型进行计算得到变换矩阵t，使移动测点满足理论叶型距离和最小匹配位置得到匹配测点{p0″,p1′,′p2″,…,pm″}；
建立理论叶型测点{l0,l1,l2,…,lw}到匹配测点{p0″,p1′,′p2″,…,pm″}的最近邻域的映射结构；对于各个理论叶型测点li均存在最近的k个匹配测点的索引{i0,i1,i2,…,ik}。
具体的，vmm算法预匹配的方式为：将原始测点数据{p0,p1,p2,…,pm}复制得到移动测点数据{p0′,p1′,p2′,…,pm′}，将移动测点数据和截面理论叶型通过vmm算法计算得到变换矩阵t，将移动测点数据变换到满足到理论叶型距离和最小的匹配位置{p0″,p1′,′p2″,…,pm″}。
进一步地，建立叶型轮廓测点与理论叶型的最近k距离的数据结构的方式为：建立理论叶型{l0,l1,l2,…,lw}到匹配后的移动测点数据{p0″,p1′,′p2″,…,pm″}的最近邻域的映射结构，对于每一个理论叶型测点li，有最近的k个匹配后的移动测点数据的索引{i0,i1,i2,…,ik}。
在其中一个实施例中，s3包括：
以理论叶型的气膜孔坐标为圆心，给定直径d和放大系数α划定圆形区域
在其中一个实施例中，对比可能气膜孔测点的曲率值；若可能气膜孔测点p处于曲率突变区域内，则将可能气膜孔测点p视为实际气膜孔测点；若可能气膜孔测点q处于曲率突变区域外，则视为正常点，将曲率突变区域中未被视为实际气膜孔测点的点判定为叶片加工误差点。
本发明方法适用于各种形式的航空多联叶片叶型的型面分割。图4为本发明一实施例中气膜孔识别删除前后效果对比图。左侧为气膜孔删除前的效果图；右侧为气膜孔删除后的效果图，圆圈标注处及101标注处为气膜孔对应位置。
按照本发明的另一方面，提供了一种航空叶片气膜孔的识别装置，包括：
计算模块，用于对带有气膜孔的航空叶片中叶型轮廓测点上的原始测点进行曲率计算得到叶型轮廓测点的曲率分布；基于曲率阈值与曲率分布确定叶型轮廓测点上的曲率突变区域；
建立模块，用于将叶型轮廓测点与理论叶型进行预匹配，建立叶型轮廓测点与理论叶型对应的最近k距离数据结构；
搜索模块，用于利用理论叶型中理论气膜孔的位置尺寸阈值从最近k距离数据结构中搜索出叶型轮廓测点上的可能气膜孔测点；
确定模块，用于依据可能气膜孔测点与叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系从可能气膜孔测点中确定出实际气膜孔测点。
按照本发明的另一方面，提供了一种航空叶片气膜孔的识别系统，包括：包括存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行航空叶片气膜孔的识别方法的步骤。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种航空叶片气膜孔的识别方法，其特征在于，包括：
s1：对带有气膜孔的航空叶片中叶型轮廓测点上的原始测点进行曲率计算得到所述叶型轮廓测点的曲率分布；基于曲率阈值与所述曲率分布确定所述叶型轮廓测点上的曲率突变区域；
s2：将所述叶型轮廓测点与理论叶型进行预匹配，建立所述叶型轮廓测点与所述理论叶型对应的最近k距离数据结构；
s3：基于所述理论叶型中理论气膜孔的位置尺寸阈值从所述最近k距离数据结构中搜索出所述叶型轮廓测点上的可能气膜孔测点；
s4：依据所述可能气膜孔测点与所述叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系从所述可能气膜孔测点中确定出实际气膜孔测点。
2.如权利要求1所述的航空叶片气膜孔的识别方法，其特征在于，所述s1包括：
s11：采用三次样条曲线插值所述叶型轮廓测点，并在样条曲线上加密所述原始测点得到加密测点；利用
s12：计算所述加密测点的曲率值和所述原始测点的曲率值的平均值，并绘制曲率分布曲线；
s13：在所述曲率分布曲线中，将曲率值大于曲率阈值的加密测点及其相邻原始测点组成的区域视为所述曲率突变区域。
3.如权利要求2所述的航空叶片气膜孔的识别方法，其特征在于，所述三次样条曲线插值的过程为：
将所述叶型轮廓测点上的所有原始测点{p1,p2,p3,…,pm}作为型值点，由所述型值点反求出包含首尾控制点的m 2个控制点{b1,b2,b3,…,bm 2}，进而得到所述样条曲线；
其中，加密测点的坐标p′j＝r3·uj3 r2·uj2 r1·uj1 r0，j∈[1,m-1]；r0、r1、r2、r3由所述m 2个控制点计算得到。
4.如权利要求3所述的航空叶片气膜孔的识别方法，其特征在于，所述s2包括：
复制所述原始测点{p0,p1,p2,…,pm}得到移动测点{p′0,p′1,p′2,…,p′m}，利用vmm算法对所述移动测点和理论叶型进行计算得到变换矩阵t，使所述移动测点满足理论叶型距离和最小匹配位置得到匹配测点{p″0,p″1,p″2,…,p″m}；
建立理论叶型测点{l0,l1,l2,…,lw}到所述匹配测点{p″0,p″1,p″2,…,p″m}的最近邻域的映射结构；对于各个所述理论叶型测点li均存在最近的k个匹配测点的索引{i0,i1,i2,…,ik}。
5.如权利要求1所述的航空叶片气膜孔的识别方法，其特征在于，所述s3包括：
以理论叶型的气膜孔坐标为圆心，给定直径d和放大系数α划定圆形区域
6.如权利要求1所述的航空叶片气膜孔的识别方法，其特征在于，所述s4包括：
对比所述可能气膜孔测点的曲率值；若所述可能气膜孔测点p处于所述曲率突变区域内，则将所述可能气膜孔测点p视为所述实际气膜孔测点；
若所述可能气膜孔测点q处于所述曲率突变区域外，则视为正常点，将所述曲率突变区域中未被视为所述实际气膜孔测点的点判定为叶片加工误差点。
7.一种航空叶片气膜孔的识别装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于对带有气膜孔的航空叶片中叶型轮廓测点上的原始测点进行曲率计算得到所述叶型轮廓测点的曲率分布；基于曲率阈值与所述曲率分布确定所述叶型轮廓测点上的曲率突变区域；
建立模块，用于将所述叶型轮廓测点与理论叶型进行预匹配，建立所述叶型轮廓测点与所述理论叶型对应的最近k距离数据结构；
搜索模块，用于利用所述理论叶型中理论气膜孔的位置尺寸阈值从所述最近k距离数据结构中搜索出所述叶型轮廓测点上的可能气膜孔测点；
确定模块，用于依据所述可能气膜孔测点与所述叶型轮廓测点的曲率突变区域的位置关系从所述可能气膜孔测点中确定出实际气膜孔测点。
8.一种航空叶片气膜孔的识别系统，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的航空叶片气膜孔的识别方法的步骤。
技术总结