一种阴阳转子的逆向建模方法与流程

本发明涉及一种逆向建模方法，具体地，涉及一种阴阳转子的逆向建模方法。

背景技术：

在几何量精密测量技术领域，存在一个普遍较难的测量问题，即复杂曲面零件参数的精密测绘及其逆向精确数模创建。

如图1所示为阴阳转子示意图。阴阳转子常应用于压缩机汽缸的工作过程，凸转子又称阳转子，凹转子又称阴转子，两个转子以互相反向旋转的方式工作。

具体地，四头结构为阳转子，六头结构为阴转子。该阴阳转子是某精密机械设备的关键零件，通过此对转子运动精确控制液体压力。阴阳转子属于进口零件，所有曲面参数为未知，因国产化过程需要精密测绘其曲面参数并逆向创建精确数模，以便于加工制造。

当前，对于此类带有复杂曲面形状的未知参数零件测绘，一般采用非接触激光扫描测量技术获取其相应参数，再通过专用三维绘图软件数据处理而实现逆向数模创建。非接触激光扫描测量技术对于大多数复杂曲面形状零件测量或测绘具有速度快、测量过程直观、操作较为简单等特点，但是其逆向创建的三维数据模型参数准确性不易验证；同时激光扫描测量精度较低，通常最高仅能达到0.05mm。因此，对于精度要求高(公差要求严于0.05mm)的零件，则不宜采用非接触激光扫描测量技术来实现其参数的测量或测绘。

对阴阳转子是精密机械设备的关键零件，精度高(公差要求严于0.05mm)，其稳定运行对于机械设备性能影响显著，因此非接触激光扫描测量技术无法满足该零件测量精度要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种阴阳转子的逆向建模方法，包括步骤：

预测量步骤，使阴阳转子与三坐标测量仪对准，并使三坐标测量仪建立的基本坐标系Z轴与阴阳转子中心轴线重合；测量步骤，使用三坐标测量仪在阴转子上扫描测量阴转子径向截面封闭曲线的1/6段曲线，使用三坐标测量仪在阳转子上扫描测量阳转子径向截面封闭曲线的1/4曲线；参数构造步骤，基于所述测量步骤中测量的数据拟合推算出建模参数螺旋升角创建阴阳转子三维数据模型步骤，将扫描测量的阴转子径向截面封闭曲线的1/6段曲线的数据及其法向矢量以及阳转子径向截面封闭曲线的1/4段曲线的数据及其法向矢量导入三维绘图软件，之后创建阴阳转子三维数据模型。反向测量验证步骤，将创建的阴阳转子三维数据模型导入三坐标测量仪进行反向测量验证，若数据验证成立，则逆向建模成功，若数据验证不成立，则重复以上步骤直至验证成立。

进一步地，所述预测量步骤包括将阴阳转子置于三坐标测量仪的工作台上，并使得阴阳转子的一个齿槽的朝向与三坐标测量机的X轴或Y轴平行，并将基本坐标系建立在阴阳转子的中心轴线上。

进一步地，所述测量步骤包括使用三坐标测量仪先预设待测齿槽起始扫描点及终止点、扫描步距和扫描速度，之后测头以自动模式沿着基本坐标系X轴或Y轴进给至待测齿槽预设的起始扫描点，当测头接触上起始扫描点后，则开始自动扫描采集3D曲线数据，扫描至终止点结束，并获得阴转子径向截面封闭曲线的1/6段曲线及阳转子径向截面封闭曲线的1/4段曲线。

进一步地，所述参数构造步骤包括使阴转子径向截面封闭曲线的1/6段曲线及阳转子径向截面封闭曲线的1/4段曲线沿其中心轴线轴向旋转α弧度，当阴转子径向截面封闭曲线的1/6段曲线与阴转子顶部未旋转径向截面曲线线段处于同一齿面时及当阳转子径向截面封闭曲线的1/4段曲线与阳转子顶部未旋转径向截面曲线线段处于同一齿面时，依据旋转角α及径向截面曲线段之间的轴向距离L，通过数据拟合推算出建模参数螺旋升角其中

进一步地，所述创建阴阳转子三维数据模型步骤包括通过旋转阵列的方法构造出阴转子径向截面封闭曲线及阳转子径向截面封闭曲线，并通过滤掉粗大误差数据、剪切多余部分并平滑处理，同时输入拟合的参数螺旋升角进行点云重构和特征数据重构，经缝合形成封闭曲面并实体化，创建阴阳转子三维数据模型。

进一步地，开发阴阳转子任一径向截面3D曲线测量程序，并以阴阳转子径向截面曲线数据为标准名义值；运行程序，三坐标测量仪测头在阴转子零件相应上、中、下三个部位扫描测量径向截面1/6曲线段以及在阳转子零件相应上、中、下三个部位扫描测量径向截面1/4曲线段，通过将三条阴转子径向截面1/6曲线段及三条阳转子径向截面1/4曲线段的数值与曲线标准名义值数据进行对比，评价三条阴转子径向截面1/6曲线段及三条阳转子径向截面1/4曲线段的线轮廓误差σ₁、σ₂和σ₃，若σ₁＜0.05mm、σ₂＜0.05mm、σ₃＜0.05mm，则阴阳转子建模成功，反之，则依序重复预测量步骤、测量步骤、参数构造步骤、创建阴阳转子三维数据模型步骤、反向测量验证步骤，直至阴转子径向截面1/6曲线段及阳转子径向截面1/4曲线段满足线轮廓误差为止。

进一步地，截取出阴阳转子在任一高度部位的径向截面封闭曲线，选取阴转子沿X轴或Y轴的齿槽径向截面1/6曲线段及阳转子沿X轴或Y轴的齿槽径向截面1/4曲线段创建待测3D曲线，并在曲线特征参数中设置数据滤波、扫描点数和扫描速度，从而开发出阴阳转子任一径向截面3D曲线测量程序。

本发明的有益效果为：

1、只需要测量阴阳转子顶部和底部附近两条典型曲线段，扫描测绘工作量小；

2、采用数据拟合计算建模关键参数，建模效率高；

3、反向测量验证以曲面参数逼近误差限获取精确三维数据模型，理论误差小。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了阴阳转子的示意图；

图2示出了阴阳转子测绘曲线段的示意图；

图3示出了阳转子反向验证的示意图；

图4示出了阴转子反向验证的示意图；

图5示出了阴阳转子逆向建模流程图；

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1、阳转子；2、阴转子；3、基本坐标系；4、法向矢量。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了一种阴阳转子的逆向建模方法，如图5所示，该方法主要由以下步骤组成，分别为预测量步骤、测量步骤、参数构造步骤、创建阴阳转子三维数据模型步骤、反向测量验证步骤。

预测量步骤主要为：如图1所示，将阴转子2和阳转子1分别置于三坐标测量机的工作台上，使其一个齿槽的朝向与三坐标测量机X轴(或Y轴)平行，以便于三坐标测量机测头可以探入齿槽进行测量。测量阴阳转子轴线和顶部平面数据，将基本坐标系3建立在阴阳转子轴线上，基本坐标系3的Z轴与阴阳转子轴线重合，Z向零点位于顶部平面上，X轴与Y轴与机器坐标系平行。

测量步骤主要为：阴阳转子实体零件任一径向截面曲线呈封闭旋转对称结构，因此可沿阴阳转子顶部和底部附近的径向截面封闭曲线路径，应用三坐标测量机先预设待测齿槽起始扫描点及终止点、扫描步距和扫描速度，然后测头以自动模式沿着基本坐标系3的X轴向(或Y轴向)进给至待测齿槽预设的起始扫描点，当测头接触上起始扫描点后，则开始自动扫描采集3D曲线数据，扫描至终止点结束。测量过程应各扫描测量一段典型曲线段，即阴转子取径向截面封闭曲线的1/6段曲线，阳转子取径向截面封闭曲线的1/4段曲线，如图2中(a)、(b)、(c)和(d)所示曲线段，示意图上的箭头列表示曲线各点的法向矢量4。注意选取待测典型径向截面曲线段时应确保测量过程不触碰干涉测针为宜。

参数构造步骤主要为：选取所测阴阳转子底部典型径向截面曲线段，使之沿轴向旋转α弧度，当其与顶部未旋转径向截面曲线段正好处于同一齿面上时，依据测量数据计算出该旋转角α以及所测径向截面曲线段之间的轴向距离L，通过数据拟合推算出建模关键参数螺旋升角取拟合值

创建阴阳转子三维数据模型步骤：将扫描测量的阴阳转子典型曲线段原始数据及其法向矢量导入专用三维绘图软件(比如NX、Pro-E、Solidworks等)，通过旋转阵列的方法构造出整条径向截面封闭曲线，滤掉粗大误差数据、剪切多余部分并平滑处理，可以拟合出较为理想的阴阳转子径向截面曲线，同时输入拟合的关键参数螺旋升角进行点云重构和特征数据重构，经缝合形成封闭曲面并实体化，创建阴阳转子三维数据模型。

反向测量验证阶段：将创建的阴阳转子三维数据模型导入三坐标测量机反向测量验证。测量时，在导入的三维数据模型上，以垂直于三维数据模型轴线的平面，分别在三维数据模型任一高度部位使平面与之相截，可截取出阴阳转子在任一高度部位的径向截面封闭曲线，沿X轴向(或Y轴向)的齿槽径向截面典型曲线段创建待测3D曲线，并在曲线特征参数中设置数据滤波、数据点数和扫描速度，即可开发出阴阳转子任意径向截面3D曲线测量程序，以此径向截面3D曲线数据为已知标准名义值数据列测量阴阳转子实体零件。具体地，阴阳转子置于三坐标测量机工作台原始位置未动，此时通过测量使阴阳转子基本坐标系3与三维数据模型坐标系重合，在阴阳转子三维数据模型上、中、下三个部位分别截取三条待测齿槽径向截面典型曲线段，开发出阴阳转子径向截面3D曲线测量程序，如图3(a)-3(c)，图4(a)-4(c)所示，示意图上的箭头列表示曲线各点的法向矢量4。之后运行程序，三坐标测量机测头将自动在阴阳转子实体零件相应上、中、下三个部位分别扫描测量径向截面典型曲线段，扫描完成后，再评价三条被测径向截面典型曲线段的线轮廓度误差σ₁、σ₂和σ₃，即被测径向截面典型曲线段实测值数据列与3D曲线标准名义值数据列之间的误差关系，验证σ₁＜0.05mm、σ₂＜0.05mm、σ₃＜0.05mm是否成立。如果数据验证成立，则证明创建的阴阳转子三维数据模型的偏差满足要求，逆向建模成功；反之，则重复1至6步骤，直至三维数据模型的偏差满足要求为止。至此，满足偏差要求的阴阳转子三维数据模型即已完成，编制调试好数控加工程序后，可以采用满足条件的数控加工中心进行加工制造，后续可进行阴阳转子成品零件检测以判定加工制造质量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。