专利名称：螺旋曲面的轮廓度误差获取方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种螺旋曲面的轮廓度误差获取方法及装置。
背景技术：
随着航空、航天、造船、汽车及模具工业的飞速发展，螺旋曲面的应用越来越广泛， 进而对螺旋曲面的测量精度和测量效率要求也越来越高；由于螺旋曲面的数学模型较为复杂，因此对螺旋曲面的轮廓度误差的研究相对较少。现有技术中通过非线性方法(例如拟牛顿法、最速下降法)得到螺旋曲面的轮廓度误差，但是由于非线性方法由于计算复杂度较高，因此增加了螺旋曲面的轮廓度误差获取的复杂性，为了降低轮廓度误差获取的复杂性，现有技术中通过采用最小二乘法获取螺旋曲面的轮廓度误差，由于最小二乘法属于线性方法，因此大大简化了螺旋曲面的轮廓度误差获取的过程，进而提高了获取轮廓度误差的效率；但是，最小二乘法在获取螺旋曲面的轮廓度误差的过程中对螺旋曲面上的测量点的坐标值进行了近似处理，因此降低了轮廓度误差的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺旋曲面的轮廓度误差获取方法及装置，提高获取螺旋曲面的轮廓度误差的测量精度和测量效率。本发明实施例提供一种螺旋曲面的轮廓度误差获取方法，包括通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；对所述多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；根据所述多个第二三维坐标值对所述螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面；计算所述多个第一三维坐标值到所述理想曲面的多个最小距离；从所述多个最小距离中搜索获取到所述螺旋曲面的轮廓度误差。本发明实施例提供一种螺旋曲面的轮廓度误差获取装置，包括第一获取模块，用于通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；坐标变换模块，用于对所述多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；曲面重建模块，用于根据所述多个第二三维坐标值对所述螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面；计算模块，用于计算所述多个第一三维坐标值到所述理想曲面的多个最小距离；
第二获取模块，用于从所述多个最小距离中搜索获取到所述螺旋曲面的轮廓度误差。本发 明提供的螺旋曲面的轮廓度误差获取方法及装置，通过计算多个测量点相应的第一三维坐标值到理想曲面的多个最小距离，避免了现有技术中对螺旋曲面上的测量点的三维坐标值进行大量的近似处理，从而提高了螺旋曲面的轮廓度误差的精度，使得求解螺旋曲面的轮廓度误差的过程简单有效；由于避免了现有技术中采用复杂非线性方法求取螺旋曲面的轮廓度误差，从而进一步提高了螺旋曲面的测量精度和测量效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。图1为本发明实施例所适用的蜗杆的螺旋曲面的示意图；图2为本发明螺旋曲面的轮廓度误差获取方法一个实施例的流程示意图；图3为本发明螺旋曲面的轮廓度误差获取方法又一个实施例的流程示意图；图4为图3所示实施例步骤301获取的多个测量点的第一三维坐标值的空间分布图；图5为图3所示实施例步骤304获取的多个测量点的经坐标变换后的第二三维坐标值的空间分布图；图6为图3所示实施例步骤307拟合得到的重建后的理想曲面的示意图；图7为本发明螺旋曲面的轮廓度误差获取装置一个实施例的结构示意图；图8为本发明螺旋曲面的轮廓度误差获取装置又一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1为本发明实施例所适用的蜗杆的示意图，如图1所示，本发明实施例中的蜗杆 10具有多个螺旋齿，在垂直于蜗杆10轴线的平面(即端面)上，螺旋齿具体可以为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即端面)为直线；由于本领域普通技术人员根据相关技术文献可以获取到关于阿基米德螺旋线更为详尽的描述，因此本发明实施例对阿基米德螺旋线不再进行详细描述。此外，本发明实施例中第一世界坐标系具体可以为三坐标测量机(CMM)所在的世界坐标系，第二世界坐标系具体可以为以蜗杆为中心所建立的世界坐标系。图2为本发明螺旋曲面的轮廓度误差获取方法实施例的流程示意图，如图2所示， 本实施例包括如下步骤步骤201、通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；步骤202、对该多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到该多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；步骤203、根据该多个第二三维坐标值对所述螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面；步骤204、计算该多个第一三维坐标值到该理想曲面的多个最小距离；步骤205、从该多个最小距离中搜索获取到该螺旋曲面的轮廓度误差。本发明实施例提供的螺旋曲面的轮廓度误差获取方法，通过计算多个测量点相应的第一三维坐标值到理想曲面的多个最小距离，避免了现有技术中对螺旋曲面上的测量点的三维坐标值进行大量的近似处理，从而提高了螺旋曲面的轮廓度误差的精度，使得求解螺旋曲面的轮廓度误差的过程简单有效；由于避免了现有技术中采用复杂非线性方法求取螺旋曲面的轮廓度误差，从而进一步提高了螺旋曲面的测量精度和测量效率。图3为本发明螺旋曲面的轮廓度误差获取方法又一个实施例的流程示意图，如图 3所示，本实施例包括如下步骤步骤301、通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；步骤302、获取第二世界坐标系与第一世界坐标系中的平面坐标系相垂直的第一坐标轴的夹角角度值；步骤303、获取第二世界坐标系与第一世界坐标系之间的平移向量；步骤304、根据多个第一三维坐标值、夹角角度值以及平移向量获取所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；步骤305、根据多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值获取所述蜗杆的导程和齿形角；步骤306、根据导程和齿形角获取蜗杆的齿面方程，并对该齿面方程进行拟合得到重建后的理想曲面；步骤307、沿理想曲面的坐标轴方向均勻获取多个目标点；步骤308、计算该多个测量点中的每一个测量点对应的该第一三维坐标值与该多个目标点的坐标之间的多个第一距离值；步骤309、根据该多个第一距离值获取该多个测量点中的每一个测量点对应的最小距离；步骤310、从该多个最小距离中搜索获取到该螺旋曲面的轮廓度误差。为了更清楚的说明图3所示实施例的技术方案，下面结合图4 图6对图3所示实施例进行详细描述，其中，图4为图3所示实施例步骤301获取的多个测量点的第一三维坐标值的空间分布图，图5为图3所示实施例步骤304获取的多个测量点的经坐标变换后的第二三维坐标值的空间分布图，图6为图3所示实施例步骤307拟合得到的重建后的理想曲面的示意图；本发明实施例以蜗杆具体为阿基米德蜗杆为例进行示例性说明。具体地，在上述图3所示实施例的步骤301中，通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；本发明实施例为描述方便，将通过三坐标测量机获取到的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值用P= (Pj = (Xj, Yj, Zj) I j = 1,2,…，m}表示，其中，(Xj，y」，Zj)表示第j个测量点在第一世界坐标系中的χ、y、ζ坐标轴方向的第一三维坐标值，m表示多个测量点具体的个数； 例如用三坐标测量机(CMM)对阿基米德蜗杆的螺旋曲面测得了 m等于1200个测量点，该 1200个测量点的第一三维坐标值的空间分布图如图4所示；此外，为了能够使本发明实施例更容易理解，表1示出了其中的20个测量点的第一三维坐标值。表1 20个测量点的第一三维坐标值
权利要求
1.一种螺旋曲面的轮廓度误差获取方法，其特征在于，包括通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；对所述多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；根据所述多个第二三维坐标值对所述螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面； 计算所述多个第一三维坐标值到所述理想曲面的多个最小距离； 从所述多个最小距离中搜索获取到所述螺旋曲面的轮廓度误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值包括获取第二世界坐标系与所述第一世界坐标系中的平面坐标系相垂直的第一坐标轴的夹角角度值；获取所述第二世界坐标系与所述第一世界坐标系之间的平移向量； 根据所述多个第一三维坐标值、夹角角度值以及所述平移向量获取所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第二三维坐标值对所述螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面包括根据所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值获取所述蜗杆的导程和齿形角；根据所述导程和齿形角获取所述蜗杆的齿面方程，并对所述齿面方程进行拟合得到重建后的理想曲面。
4.根据权利要求1 3任一所述的方法，其特征在于，所述计算所述多个第一三维坐标值到所述理想曲面的多个最小距离包括沿所述理想曲面的坐标轴方向均勻获取多个目标点；计算所述多个测量点中的每一个测量点对应的所述第一三维坐标值与所述多个目标点的坐标之间的多个第一距离值；根据所述多个第一距离值获取所述多个测量点中的每一个测量点对应的最小距离。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第一距离值获取所述多个测量点中的每一个测量点对应的最小距离的步骤包括计算所述多个第一距离值中的每一个距离值相对应的目标点的邻域内的点坐标与该目标点相对应的测量点之间的距离，得到多个第二距离值；从所述多个第二距离值中获取所述多个测量点中的每一测量点对应的最小距离。
6.一种曲面轮廓度的误差获取装置，其特征在于，包括第一获取模块，用于通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；坐标变换模块，用于对所述多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；曲面重建模块，用于根据所述多个第二三维坐标值对所述螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面；计算模块，用于计算所述多个第一三维坐标值到所述理想曲面的多个最小距离； 第二获取模块，用于从所述多个最小距离中搜索获取到所述螺旋曲面的轮廓度误差。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述坐标变换模块包括第一获取单元，用于获取第二世界坐标系与所述第一世界坐标系中的平面坐标系相垂直的第一坐标轴的夹角角度值；第二获取单元，用于获取所述第二世界坐标系与所述第一世界坐标系之间的平移向量；第三获取单元，用于根据所述多个第一三维坐标值、夹角角度值以及所述平移向量获取所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述曲面重建模块包括第四获取单元，用于根据所述多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值获取所述蜗杆的导程和齿形角；拟合单元，用于根据所述导程和齿形角获取所述蜗杆的齿面方程，并对所述齿面方程进行拟合得到重建后的理想曲面。
9.根据权利要求6 8任一所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括 第五获取单元，用于沿所述理想曲面的坐标轴方向均勻获取多个目标点；计算单元，用于计算所述多个测量点中的每一个测量点对应的所述第一三维坐标值与所述多个目标点的坐标之间的多个第一距离值；第六获取单元，用于根据所述多个第一距离值获取所述多个测量点中的每一个测量点对应的最小距离。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第七获取单元包括计算子单元，用于计算所述多个第一距离值中的每一个距离值相对应的目标点的邻域内的点坐标与该目标点相对应的测量点之间的距离，得到多个第二距离值；获取子单元，用于从所述多个第二距离值中获取所述多个测量点中的每一测量点对应的最小距离。
全文摘要
本发明涉及一种螺旋曲面的轮廓度误差获取方法及装置，其中方法包括通过三坐标测量机获取蜗杆的螺旋曲面上的多个测量点在第一世界坐标系中的多个第一三维坐标值；对多个第一三维坐标值进行坐标变换，得到多个测量点在第二世界坐标系中的多个第二三维坐标值；根据多个第二三维坐标值对螺旋曲面进行重建，得到重建后的理想曲面；计算多个第一三维坐标值到理想曲面的多个最小距离；从多个最小距离中搜索获取到螺旋曲面的轮廓度误差。本发明避免了现有技术中对螺旋曲面上的测量点的三维坐标值进行大量的近似处理，从而提高了螺旋曲面的轮廓度误差的精度，使得求解螺旋曲面的轮廓度误差的过程简单有效，进一步提高了螺旋曲面的测量精度和测量效率。
文档编号G01B21/20GK102168965SQ20101059762
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者孟浩, 岳新震, 李松涛, 潘志康, 王泮义, 祝连庆, 董明利, 郭阳宽, 陈云芳, 陈青山 申请人:北京信息科技大学