一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置
阅读说明：本技术 一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置 (Helicopter tail nozzle laser shock peening track programming method and device ) 是由 赵德乾 陈岗 李伟超 吴清源 张永康 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置,通过输入三维模型以及三维模型的表面图像并获取三维模型的应力分布图,对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图,依次对各个分区图进行监测筛选出多个待强化区域,进而计算各个待强化区域之间的连接序列,以此进行激光冲击强化,实现了对机器人在直升机尾喷管不规则表面上的激光强化轨迹的可控性监控,达到了在尾喷管不规则表面上的进行激光强化的效果。(The invention provides a programming method and a programming device for a laser shock peening track of a helicopter tail nozzle.)
技术领域
本公开属于机器人轨迹优化技术领域，具体涉及一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置。
背景技术
随着航空制造业的蓬勃发展，直升机的使用更加广泛，直升机尾喷管的锻造工艺对于直升机飞行的安全性和持续性有着关键的作用，激光冲击强化技术在航空业的零件制造方面有着显著的效果，有利于强化直升机尾喷管的表面强度。激光冲击强化技术在航空发动机的表面处理工艺领域有了大量的应用，然而，对于直升机的各种不规则形状的零件以及各种复杂构造的光冲击强化的制造过程中，对于激光冲击运动轨迹的要求极高。需要在各运动轨迹节点之间进行最近距离的计算选取，保证各个激光强化后的区域拥有均匀而精准的强化密度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置，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。
本发明提供了一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置，通过输入三维模型以及三维模型的表面图像并获取三维模型的应力分布图，对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图，依次对各个分区图进行监测筛选出多个待强化区域，进而计算各个待强化区域之间的连接序列，以此进行激光冲击强化，实现了对机器人在直升机尾喷管不规则表面上的激光强化轨迹的可控性监控，达到了在尾喷管不规则表面上的进行激光强化的效果。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法，所述方法包括以下步骤：
S100，输入三维模型以及三维模型的表面图像；
S200，获取三维模型的应力分布数值图；
S300，对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图；
S400，依次对各个分区图进行监测，筛选出多个待强化区域；
S500，计算各个待强化区域之间的连接序列；
S600，根据连接序列进行激光冲击强化。
进一步地，在S100中，输入三维模型以及三维模型的表面图像的方法为：以直升飞机尾喷管的三维模型以及该三维模型的表面图像作为输入。
进一步地，在S200中，获取三维模型的应力分布数值图的方法为：通过有限元分析软件分析得到三维模型的应力分布图，所述有限元分析软件包括ABAQUS、ANSYS、Hyperworks、Comsol、MSC中任意一种，进而将应力分布图上的像素点的数值通过图像二值化转化为[0,255]的像素值记作分布数值，由此得到应力分布数值图。
进一步地，在S300中，对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图的方法为：通过分水岭算法，对三维模型的表面图进行处理，由处理得到的边界点进行分割，得到多个分区图记作集合Pats。
进一步地，在S400中，依次对各个分区图进行监测，筛选出多个待强化区域的方法为：将集合Pats中的各个分区图与应力分布数值图相互对应，求出各个分区图对应在应力分布数值图上的各像素点的分布数值的算术平均值记作分区值ρ，函数Lo()为根据输入的分区图计算分区值ρ的函数，令变量i表示集合Pats中的各个分区图的序号，变量n表示集合Pats中的分区图的总共的数量，记集合Pats中的序号为i的分区图为Pats(i)，分区图Pats(i)中的分区值为ρ(i)，Lo(Pats(i))表示根据分区图Pats(i)计算求得分区值ρ(i)，函数()记在集合Pats中与序号为i的分区图Pats(i)相领接的多个分区图为集合Voisin(i)，函数Voisin()表示获取所输入序号的分区图相领接的多个分区图的集合，则记变量j表示集合Voisin(i)中的各个分区图的序号，变量m表示集合Voisin(i)中的分区图的总共的数量，Pats(i,j)表示在集合Voisin(i)中的序号为j的分区图，Pats(i,j)∈Voisin(i)，分区图Pats(i,j)的分区值记为ρ(i,j)，Lo(Pats(i,j))表示根据分区图Pats(i,j)计算求得分区值ρ(i,j)，记变量t(i)表示在集合Pats中与序号为i的分区图Pats(i)相领接的多个分区图的集合Voisin(i)中的分区图的阈值，函数exp()表示以自然常数e为底的指数函数，计算t(i)的公式为：
在集合Pats中，若序号为i的分区图Pats(i)其分区值ρ(i)满足约束条件ρ(i)>t(i)，则将该分区图Pats(i)作为一个强化区域，将集合Pats中所有的满足约束条件ρ(i)>t(i)的分区图Pats(i)的集合作为集合Hrei，Hrei即为待强化区域的集合。
进一步地，在S500中，计算各个待强化区域之间的连接序列的方法为：记集合Hrei中的元素的数量为k，集合Hrei中的元素的序号为h，分区图Pats(h)即为集合Hrei中的序号为h的元素，函数min()为计算获取输入的数组或向量或集合中的数值最小的元素，函数len()为计算获取输入的数组或向量或集合中的元素的数量，得到各个待强化区域之间的连接序列的具体步骤如下：
S501，开始程序；设置空集合Hset；设置空集合Cset，集合Cset具有互异性，集合Cset中的元素具有根据其加入该集合中先后顺序的有序性；
S502，将集合Hrei中的元素加入集合Hset中；
S503，设置变量q为集合Hset中的元素的序号，Pats(q)表示集合Hset中的序号为q的分区图；将集合Hset中的序号不为q的分区图所组成的集合记为集合Hset(-q)，变量u表示集合Hset(-q)中的分区图的序号，变量Pats(u)表示Hset(-q)中序号为u的分区图；
S504，令q的数值为1；
S505，选取在Hset中序号为q的分区图Pats(q)，获取集合Hset中的序号不为q的分区图所组成的集合记为集合Hset(-q)，选取在Hset(-q)中序号为u的分区图Pats(u)；将分区图Pats(q)加入集合Cset；
S506，计算Pats(q)与集合Hset(-q)中的各分区图的连接度，通过变量Pats(u)表示集合Hset(-q)中的各个分区图，分区图Pats(q)中的分区值为ρ(q)，分区图Pats(u)中的分区值为Lo(Pats(u))，记Pats(q)与变量Pats(u)的连接度为V(q,u)，则计算V(q,u)的公式如下：
通过所述V(q,u)的公式分别计算得到分区图Pats(q)与集合Hset(-q)中的各个分区图的连接度作为数组Varr，并记录数组Varr中各元素所对应的分区图Pats(u)在集合Hrei中的序号，V(q,u)∈Varr；
S507，通过函数min()计算获取数组Varr中数值最小的元素为min(Varr)，进而获取min(Varr)所对应的分区图在集合Hrei中的序号记为ε，并记min(Varr)所对应的分区图为Pats(ε)；
S508，在集合Hset中删除分区图Pats(ε)，在集合Cset中加入分区图Pats(ε)；转到S509；
S509，判断集合Hset中元素的数量即len(Hset)是否等于或小于零，若是则转到S511，若否则转到S510；
S510，令q的数值增加1；转到S505；
S511，输出集合Cset；结束程序；
所述输出的集合Cset中的各元素即作为待强化区域的各分区图，集合Cset中的各元素的先后顺序构成的序列即为各个待强化区域之间的连接序列。
进一步地，在S600中，根据连接序列进行激光冲击强化的方法为：按照集合Cset中各元素顺序构成的各个待强化区域之间的连接序列，使用机器人通过激光冲击强化技术在直升飞机尾喷管的表面上对应的各个待强化区域按连接序列进行激光冲击强化。
本公开还提供了一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置，所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置包括：处理器、存储器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所述的一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法中的步骤用于控制机器人及其应用激光冲击强化技术的设备，所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置可以运行于桌上型计算机、机器人、笔记本、移动电话、手提电话、平板电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，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：
数据输入单元，用于输入三维模型以及三维模型的表面图像；
应力分布计算单元，用于获取三维模型的应力分布图；
图分区单元，用于对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图；
区域筛选单元，用于依次对各个分区图进行监测筛选出多个待强化区域；
连接序列计算单元，用于计算各个待强化区域之间的连接序列；
激光冲击单元，用于根据连接序列进行激光冲击强化。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置，通过三维模型的应力分布图，计算各个待强化区域之间的连接序列以此进行激光冲击强化，实现了对机器人在直升机尾喷管不规则表面上的激光强化轨迹的可控性监控，达到了在尾喷管不规则表面上的进行激光强化的效果。
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所示为一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法的流程图；
图2所示为一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置的系统结构图。
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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
如图1所示为根据本发明的一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置。
本公开提出一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法，所述方法具体包括以下步骤：
S100，输入三维模型以及三维模型的表面图像；
S200，获取三维模型的应力分布数值图；
S300，对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图；
S400，依次对各个分区图进行监测，筛选出多个待强化区域；
S500，计算各个待强化区域之间的连接序列；
S600，根据连接序列进行激光冲击强化。
进一步地，在S100中，输入三维模型以及三维模型的表面图像的方法为：以直升飞机尾喷管的三维模型以及该三维模型的表面图像作为输入。
进一步地，在S200中，获取三维模型的应力分布数值图的方法为：通过有限元分析软件分析得到三维模型的应力分布图，所述有限元分析软件包括ABAQUS、ANSYS、Hyperworks、Comsol、MSC中任意一种，进而将应力分布图上的像素点的数值通过图像二值化转化为[0,255]的像素值记作分布数值，由此得到应力分布数值图。
进一步地，在S300中，对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图的方法为：通过分水岭算法，对三维模型的表面图进行处理，由处理得到的边界点进行分割，得到多个分区图记作集合Pats。
进一步地，在S400中，依次对各个分区图进行监测，筛选出多个待强化区域的方法为：将集合Pats中的各个分区图与应力分布数值图相互对应，求出各个分区图对应在应力分布数值图上的各像素点的分布数值的算术平均值记作分区值ρ，函数Lo()为根据输入的分区图计算分区值ρ的函数，令变量i表示集合Pats中的各个分区图的序号，变量n表示集合Pats中的分区图的总共的数量，记集合Pats中的序号为i的分区图为Pats(i)，分区图Pats(i)中的分区值为ρ(i)，Lo(Pats(i))表示根据分区图Pats(i)计算求得分区值ρ(i)，函数()记在集合Pats中与序号为i的分区图Pats(i)相领接的多个分区图为集合Voisin(i)，函数Voisin()表示获取所输入序号的分区图相领接的多个分区图的集合，则记变量j表示集合Voisin(i)中的各个分区图的序号，变量m表示集合Voisin(i)中的分区图的总共的数量，Pats(i,j)表示在集合Voisin(i)中的序号为j的分区图，Pats(i,j)∈Voisin(i)，分区图Pats(i,j)的分区值记为ρ(i,j)，Lo(Pats(i,j))表示根据分区图Pats(i,j)计算求得分区值ρ(i,j)，记变量t(i)表示在集合Pats中与序号为i的分区图Pats(i)相领接的多个分区图的集合Voisin(i)中的分区图的阈值，函数exp()表示以自然常数e为底的指数函数，计算t(i)的公式为：
在集合Pats中，若序号为i的分区图Pats(i)其分区值ρ(i)满足约束条件ρ(i)>t(i)，则将该分区图Pats(i)作为一个强化区域，将集合Pats中所有的满足约束条件ρ(i)>t(i)的分区图Pats(i)的集合作为集合Hrei，Hrei即为待强化区域的集合。
进一步地，在S500中，计算各个待强化区域之间的连接序列的方法为：记集合Hrei中的元素的数量为k，集合Hrei中的元素的序号为h，分区图Pats(h)即为集合Hrei中的序号为h的元素，函数min()为计算获取输入的数组或向量或集合中的数值最小的元素，函数len()为计算获取输入的数组或向量或集合中的元素的数量，得到各个待强化区域之间的连接序列的具体步骤如下：
S501，开始程序；设置空集合Hset；设置空集合Cset，集合Cset具有互异性，集合Cset中的元素具有根据其加入该集合中先后顺序的有序性；
S502，将集合Hrei中的元素加入集合Hset中；
S503，设置变量q为集合Hset中的元素的序号，Pats(q)表示集合Hset中的序号为q的分区图；将集合Hset中的序号不为q的分区图所组成的集合记为集合Hset(-q)，变量u表示集合Hset(-q)中的分区图的序号，变量Pats(u)表示Hset(-q)中序号为u的分区图；
S504，令q的数值为1；
S505，选取在Hset中序号为q的分区图Pats(q)，获取集合Hset中的序号不为q的分区图所组成的集合记为集合Hset(-q)，选取在Hset(-q)中序号为u的分区图Pats(u)；将分区图Pats(q)加入集合Cset；
S506，计算Pats(q)与集合Hset(-q)中的各分区图的连接度，通过变量Pats(u)表示集合Hset(-q)中的各个分区图，分区图Pats(q)中的分区值为ρ(q)，分区图Pats(u)中的分区值为Lo(Pats(u))，记Pats(q)与变量Pats(u)的连接度为V(q,u)，则计算V(q,u)的公式如下：
通过所述V(q,u)的公式分别计算得到分区图Pats(q)与集合Hset(-q)中的各个分区图的连接度作为数组Varr，并记录数组Varr中各元素所对应的分区图Pats(u)在集合Hrei中的序号，V(q,u)∈Varr；
S507，通过函数min()计算获取数组Varr中数值最小的元素为min(Varr)，进而获取min(Varr)所对应的分区图在集合Hrei中的序号记为ε，并记min(Varr)所对应的分区图为Pats(ε)；
S508，在集合Hset中删除分区图Pats(ε)，在集合Cset中加入分区图Pats(ε)；转到S509；
S509，判断集合Hset中元素的数量即len(Hset)是否等于或小于零，若是则转到S511，若否则转到S510；
S510，令q的数值增加1；转到S505；
S511，输出集合Cset；结束程序；
所述输出的集合Cset中的各元素即作为待强化区域的各分区图，集合Cset中的各元素的先后顺序构成的序列即为各个待强化区域之间的连接序列。
进一步地，在S600中，根据连接序列进行激光冲击强化的方法为：按照集合Cset中各元素顺序构成的各个待强化区域之间的连接序列，使用机器人通过激光冲击强化技术在直升飞机尾喷管的表面上对应的各个待强化区域按连接序列进行激光冲击强化，进行激光冲击强化可参见专利号为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”。
所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置包括：处理器、存储器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直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法实施例中的步骤用于控制机器人及其应用激光冲击强化技术的设备，所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置可以运行于桌上型计算机、机器人、笔记本、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
本公开的实施例提供的一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置，如图2所示，该实施例的一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置包括：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直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法实施例中的步骤，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：
数据输入单元，用于输入三维模型以及三维模型的表面图像；
应力分布计算单元，用于获取三维模型的应力分布图；
图分区单元，用于对三维模型的表面图像进行分割得到多个分区图；
区域筛选单元，用于依次对各个分区图进行监测筛选出多个待强化区域；
连接序列计算单元，用于计算各个待强化区域之间的连接序列；
激光冲击单元，用于根据连接序列进行激光冲击强化。
所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置包括，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直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置的示例，并不构成对一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置的限定，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，例如所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置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(CentraD Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitaD SignaD Processor，DSP)、专用集成电路(AppDication SpeciDic Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(DieDd-ProgrammabDe Gate Array，DPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路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直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程装置的各个分区域。
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，实现所述一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置的各种功能。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 DigitaD,SD)卡，闪存卡(DDash 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。
本发明提供了一种直升机尾喷管激光冲击强化轨迹编程方法与装置，通过传感器采集污水管道系统的不同位置的液压值和流速值，将在不同位置采集到的液压值和流速值作为节点，以此构建下水道网络模型计算下水道网络模型的各个节点的流畅系数，并以下水道网络模型的各个节点的流畅系数计算流通阈值，进而根据流通阈值监控各个节点的实时的流通情况，由此实现对园区的污水管道系统的各个节点进行全面而协同的高质量监测，防止局部淤塞，实现高效智能的控制园区环境质量。
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。