[發明專利]基于改進八叉樹分割法的砂帶磨削整體葉盤碰撞檢測方法

在審

• 申請號: 202111246784.2
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113989221A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 黃智;楊興;王洪艷;閔杰;陳貴科;張偉文;楊仲強;劉世東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/10;G06K9/62;G06V10/762
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種基于改進八叉樹分割法的砂帶磨削整體葉盤碰撞檢測方法，應用于砂帶磨削領域，針對現有技術在提高復雜現實場景中復雜模型之間碰撞檢測的精準性和高效性所存在的問題；本發明基于k?means聚類算法，找出葉片劃分的最佳k值，從而將葉片劃分為k個子區域，再對各個子區域分別進行八叉樹分割；采用本發明的方法能較好的在精確檢測階段縮小檢測的范圍和生成包圍盒的數量，從而提高了碰撞檢測的準確性和減少了碰撞檢測所需要的時間。

技術領域

本發明屬于砂帶磨削領域，特別涉及一種砂帶磨削航空發動機整體葉盤過程中的碰撞檢測技術。

背景技術

航空發動機作為飛機的“心臟”和“工業皇冠上的明珠”，其制造過程集成了現代工業的諸多高精尖技術，而這其中，整體葉盤在航空發動機的制造和生產中具有舉足輕重的地位。整體葉盤(Blisk)是航空發動機的關鍵零件之一，其型面薄而扭曲、流道深而狹窄，進而難以加工，因此其精密加工便成為航空發動機制造領域中的關鍵所在。砂帶磨削(beltgrinding)是發動機整體葉盤精密加工常用的方法之一，砂帶磨削加工時砂帶與葉盤極易發生干涉，進而會損傷價值不菲的葉盤。因此，對整體葉盤的無碰撞砂帶磨削研究是至關重要的。

碰撞檢測(Collision detection,CD)在諸多領域中都扮演著十分重要的角色，例如計算機仿真、機器人運動路徑規劃和機床加工仿真等。碰撞檢測需要準確的碰撞位置信息，但是檢測的高速性和準確性又是相互矛盾的，為了解決該難題，近年來，許多專家和學者對碰撞檢測的效率和準確性進行了大量的研究，其中運動路徑無碰撞規劃算法、基于表面近似點集的增強幾何表示技術、基于質點轉換和包圍盒相結合的碰撞檢測算法、隨機方法和自適應柯西變異粒子群算法相結合和最大碰撞盒自動檢測和校正碰撞的碰撞算法相繼被提出。

上述研究成果一定程度上提高了物體碰撞檢測的效率和準確性，但是，如何提高復雜現實場景中復雜模型之間碰撞檢測的精準性和高效性仍是一個艱巨的挑戰。砂帶磨削整體葉盤的碰撞檢測屬于復雜現實場景中復雜模型之間的碰撞檢測問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于改進八叉樹分割法的砂帶磨削整體葉盤碰撞檢測方法，該方法兼顧精度與效率，能較好的在精確檢測階段縮小檢測的范圍和生成包圍盒的數量。

本發明采用的技術方案為：基于改進八叉樹分割法的砂帶磨削整體葉盤碰撞檢測方法，包括：

S1、建立砂帶包圍盒模型；

S2、采用改進的八叉樹分割方法對整體葉盤的空間進行分割處理；

S3、對步驟S2處理后的整體葉盤建立包圍盒模型；

S4、根據分離軸定理，判斷步驟S1建立的砂帶包圍盒模型與步驟S3建立的整體葉盤包圍盒模型是否相交。

建立砂帶包圍盒模型的過程為：

S11、利用PCA主元分析法獲得砂帶點云的三個主方向，質心以及協方差矩陣，通過求解該矩陣獲得其特征值和特征向量，特征向量即為主方向；

S12、利用S11中所求得的主方向和質心，將輸入點云轉換至原點，且主方向與坐標系方向重合，建立變換到原點的點云包圍盒；

S13、通過輸入點云到原點云的逆變換來實現輸入點云的主方向和包圍盒。

步驟S2的實現過程包括以下分步驟：

S21、獲取整體葉盤各葉片的數據點云，并針對每一個葉片區域構建數據集；

S22、采用k-means聚類算法對步驟S21的數據集進行聚類，并找出最優k值；

S23、根據最優k值將各葉片區域劃分為k個子區域；

S24、分別對各子區域采用八叉樹分割法進行分割。