专利名称：一种确定复杂曲面轮廓度误差的方法
技术领域：
本发明涉及复杂曲面误差评定领域，尤其涉及ー种确定复杂曲面轮廓度误差的方法。
背景技术：
在航空航天、造船及汽车エ业等领域，许多重要的零部件往往由高精度自由型面构成，这些部件对整个设备的寿命和安全性起着重要作用，所以自由曲面在工程实际中扮演着越来越重要的角色，由于自由曲面的加工过程复杂，加工成本过高，所以对其误差评定过程有着更高的要求，要求尽量准确地评定曲面误差，使其接近真实误差，通过避免误废来降低生产成本。在数控加工过程中，对エ件进行测量的传统方法要使用各种常规量具(千分表和 卡尺等)或设备(三坐标测量机等)。对于简单的几何量測量，操作者可以在数控机床上直接用量具測量；对于エ件的几何特征或空间位置等比较复杂的測量问题，由于常规量具无法解决，操作者必须将エ件转移到三坐标测量机上进行。但是使用这种测量方法时要对エ件进行搬运、重新装夹和定位等一系列操作，在这期间往往会产生误差，这会对真实的误差产生影响，降低评定的效率。另ー方面随着CAD/CAM/CAI (计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助检測)的发展以及加工精度从微米到纳米级的提高，GPS (产品几何量技术规范)体系也发生了巨大的变化。新一代GPS将着重提供ー个适宜于CAX (CAD/CAM/CAI等各项技术的综合叫法)集成环境的、更加清晰明确、系统规范的几何公差定义。其最突出的特点就是强调用数学方法对产品的几何误差进行描述、定义、建模及信息传递。对公差的数学定义理论的研究在美国开展较早，并颁布了国际上第一个公差数学定义标准。如何精确得到轮廓度误差值依赖于简明合理的误差模型和快速有效地优化算法，近年来，国内外的学者对于给出各种几何形状的公差数学定义、建立轮廓度误差数学模型、寻找高效快速的优化算法都做出了深入研究，例如(I)U. Roy和B. Li研究了形位公差的数学建模(參见Roy U，Li B，对于多面体对象几何公差(I.形状公差)的注释与表示，Computer Aided Design, 1998，30 (2) : 151 161.)(2)天津大学研究了球度、复合位置度公差的数学定义和误差模型(參见何改云.形位误差的逼近原理及算法研究[D].天津天津大学，2006.)(3)蔡敏、杨将新等研究了圆柱要素形状公差的数学模型(參见蔡敏、杨将新等，基于数学定义的圆柱要素形状公差数学模型的研究[J].机械工程学报，2003，39(12) :86^90)(4)姜国华等研究了圆柱度要几何误差评定算法，将圆柱投影到平面上，于是圆柱度误差的评定转化为圆度误差的评定，再转动平面，得到最小的误差值(參见
S.Hossein, Guohua Jiang, etal,圆柱要素几何特征的评定[J]. Precision Engineering, 2003，27(2) :195 204)(5)朱利民等建立了点到曲面有向距离的数学模型，并用差分的方法得到了函数ニ阶泰勒展开式，并以展开式为目标函数进行优化，从而得到待求误差值。(參见Limin Zhu, Zhenhua Xiong, etal,基于距离函数的复杂曲面定位和轮廓度误差评定方法[J] Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2004, 126(3):542 554), (Li Min Zhu, Xiao Ming Zhang, etal,有向距离函数的几何意义以及其在曲面逼近中的应用[J], Journal of Computing and Information Science inEngineering, 2010, 10(4):1-10)(6)廖平等建立了基于分割逼近原理的点到复杂曲面的距离模型，并用遗传算法评定了复杂曲面轮廓度误差。(參见廖平，基于遗传算法和分割逼近法精确计算复杂曲面轮廓度误差[J].机械工程学报，2010，46(10) : I 7)(7)建立了基于欧氏范数下刚体运动学理论的复杂曲面粗匹配定位模型(參见徐毅，李泽湘，自由曲面的匹配检测新方法[J].哈尔滨エ业大学学报，2010，42(1):106 108)，(刘元朋，刘晶等，复杂曲面測量数据最佳匹配问题研究[J]，中国机械工程，16(12) :1080^1082) (8)温秀兰研究了如何用遗传算法解决平面度和直线度误差评定(參见Xiulan Wen, Aiguo Song,用于评定平面度和直线度误差的一种改进的遗传算法[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture, 2003, 43(11):1157 1162)发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足上述研究成果大部分只建立了简单型面的误差评定，有些虽完成了复杂曲面的误差评定，但是评定出的误差值远远大于给定的公差带，造成エ件误费率较高，提高了生产成本。
发明内容
本发明提供了ー种确定复杂曲面轮廓度误差的方法，本发明降低了エ件误费率和生产成本，详见下文描述ー种确定复杂曲面轮廓度误差的方法，所述方法包括以下步骤(I)接触式三坐标测头的测端接触到エ件表面后发出触发信号通过信号接收装置传送给加工中心的数控系统，所述数控系统将所述接触式三坐标测头测端的当前坐标位置锁存下来，并将所述当前坐标位置传送给数据处理終端；(2)所述数据处理终端通过所述当前坐标位置建立复杂曲面轮廓度误差模型；(3)所述数据处理终端通过测量坐标系和设计坐标系的粗匹配，获取理想曲面的位姿初始參数； (4)所述数据处理终端通过所述位姿初始參数和所述复杂曲面轮廓度误差模型获取复杂曲面轮廓度初始误差；(5)所述数据处理终端对所述位姿初始參数进行优化，并重新执行步骤(4)，获取复杂曲面轮廓度当前误差，直到所述复杂曲面轮廓度当前误差和所述复杂曲面轮廓度初始误差的差值小于阈值时，将所述复杂曲面轮廓度当前误差作为复杂曲面轮廓度最終误差并输出。所述所述数据处理終端通过所述当前坐标位置建立复杂曲面轮廓度误差模型具体包括
I)所述数据处理终端获取复杂曲面轮廓度公差带；叫3 臺其中，p点为测量点，q点为理论点，nq表示理想曲面上q的法向量，t为公差值；2)所述数据处理终端通过所述复杂曲面轮廓度公差带建立所述复杂曲面轮廓度误差模型；
权利要求
1.ー种确定复杂曲面轮廓度误差的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)接触式三坐标测头的测端接触到エ件表面后发出触发信号通过信号接收装置传送给加工中心的数控系统，所述数控系统将所述接触式三坐标测头测端的当前坐标位置锁存下来，并将所述当前坐标位置传送给数据处理終端； (2)所述数据处理终端通过所述当前坐标位置建立复杂曲面轮廓度误差模型； (3)所述数据处理终端通过测量坐标系和设计坐标系的粗匹配，获取理想曲面的位姿初始參数； (4)所述数据处理终端通过所述位姿初始參数和所述复杂曲面轮廓度误差模型获取复杂曲面轮廓度初始误差； (5)所述数据处理终端对所述位姿初始參数进行优化，并重新执行步骤(4)，获取复杂曲面轮廓度当前误差，直到所述复杂曲面轮廓度当前误差和所述复杂曲面轮廓度初始误差的差值小于阈值时，将所述复杂曲面轮廓度当前误差作为复杂曲面轮廓度最终误差并输出。
2.根据权利要求I所述的ー种确定复杂曲面轮廓度误差的方法，其特征在于，所述所述数据处理终端通过所述当前坐标位置建立复杂曲面轮廓度误差模型具体包括 1)所述数据处理终端获取复杂曲面轮廓度公差带；
3.根据权利要求2所述的ー种确定复杂曲面轮廓度误差的方法，其特征在于，所述所述数据处理终端通过所述位姿初始參数和所述复杂曲面轮廓度误差模型获取复杂曲面轮廓度初始误差具体为 所述数据处理终端将所述位姿初始參数带入到所述复杂曲面轮廓度误差模型中获取到所述测量点P到所述理想曲面的最大距离，将2倍的最大距离作为所述复杂 曲面轮廓度初始误差。
全文摘要
本发明公开了一种确定复杂曲面轮廓度误差的方法，涉及复杂曲面评定领域，数控系统将当前坐标位置传送给数据处理终端；数据处理终端通过当前坐标位置建立复杂曲面轮廓度误差模型；通过测量坐标系和设计坐标系的粗匹配，获取理想曲面的位姿初始参数；数据处理终端通过位姿初始参数和复杂曲面轮廓度误差模型获取复杂曲面轮廓度初始误差；数据处理终端对位姿初始参数进行优化，并重新获取复杂曲面轮廓度当前误差,直到复杂曲面轮廓度当前误差和复杂曲面轮廓度初始误差的差值小于阈值时，将复杂曲面轮廓度当前误差作为复杂曲面轮廓度最终误差并输出。通过本方法获取到的最终误差接近复合最小条件的理论值，降低了工件误费率和生产成本，提高了检测精度。
文档编号G01B21/20GK102809364SQ20121023618
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者何改云, 张美 , 刘欣, 贾红洋 申请人:天津大学