超大型曲面零部件加工精度评估方法和设备的制作方法
【专利摘要】公开了超大型曲面零部件加工精度评估方法和设备。所述方法包括步骤：进行数据预处理以获得在零部件的曲面上相对均匀采样的采样数据集，根据测量坐标系与理论曲面模型的理论坐标系之间的变换关系，对采样数据集进行初始定位，以获得与曲面粗略匹配的初始迭代向量；利用采样数据集及初始迭代向量求解非线性最优化问题，获得使采样数据与理论曲面模型相匹配的最优的坐标变换；以及基于采样数据集及最优的坐标变换进行误差分析，评估超大型零部件的加工精度。本发明实施例能够快速、高效、准确地实现核电厂钢制安全壳等超大型曲面零部件的加工精度评估。
【专利说明】超大型曲面零部件加工精度评估方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明示例性实施例总体上涉及超大型零部件加工精度评估,具体涉及针对超大型零部件的加工精度评估方法和设备。
【背景技术】
[0002]对于一般的规模和形状的曲面零部件加工精度评估问题，已经进行了很多研究，然而对于超大型曲面零部件，仍没有有效的方法来进行加工精度评估。一种典型的超大型曲面零部件是核电厂钢制安全壳(containment vessel, CV)的钢板。CV作为核电厂(AP系列)特有的重要核二级设备，是非能动安全系统中的重要设备，也是核岛保护系统中的重要的保护边界。安全壳内包容着反应堆、蒸汽发生器、稳压器等主工艺系统设备，其本身也是非能动安全壳冷却系统的组成部分，在事故工况下能有效防止放射性物质外泄。CV由多个弧形钢板焊接而成，具有重量重、体积大等特点，一般可重达几千吨，体积也可高达几万立方米。
[0003]相比于通常规模和形状的零部件加工精度或生产误差评估针对的对象，CV钢板等超大型曲面零部件的尺寸巨大，而且其曲面是一个椭球面，采集的数据相对于整个椭球面过于局部。此外，在数据点(或椭球面)经过坐标变换后利用最小二乘法进行拟合时，目标函数将变得非常复杂，是非线性的，而且对于初始值敏感。因此，传统技术中采用的线性最优化方法(例如线性最小二乘法)无法适用于类似于CV钢板这种超大型曲面零部件加工精度评估。
【发明内容】
[0004]本发明示例性实施例提供了超大型零部件加工精度评估方法和设备，能够快速、高效、准确地执行超大型曲面零部件的加工精度评估，以利于对零部件的生产、拼装等多个环节的控制或改良。
[0005]根据本发明实施例，一种零部件加工精度评估方法，包括步骤:
[0006]进行数据预处理以获得在零部件的曲面上相对均匀采样的采样数据集；
[0007]根据测量坐标系与理论曲面模型的理论坐标系之间的变换关系，对采样数据集进行初始定位，以获得与曲面粗略匹配的初始迭代向量；
[0008]利用采样数据集及初始迭代向量求解非线性最优化问题，获得使采样数据与理论曲面模型相匹配的最优的坐标变换)；以及
[0009]基于采样数据集及最优的坐标变换进行误差分析，评估零部件的加工精度。
[0010]在一个实施例中，进行数据预处理的步骤包括:根据规定的数据格式、采样间距和采样精度，处理来自零部件的采样数据集。
[0011]在一个实施例中，测量坐标系和理论坐标系采用三坐标形式。
[0012]在一个实施例中，在三维笛卡尔直角坐标系中对采样数据集进行初始定位，初始迭代向量由旋转量α、β、Y和平移量tx、ty、tz表示。[0013]在一个实施例中，在对采样数据集进行初始定位的步骤之前，所述方法还包括:建立测量坐标系与理论坐标系之间的变换关系，变换关系由下述变化矩阵T表示:
【权利要求】
1.一种零部件加工精度评估方法，包括步骤: 进行数据预处理以获得在零部件的曲面上相对均匀采样的采样数据集； 根据测量坐标系与理论曲面模型的理论坐标系之间的变换关系，对采样数据集进行初始定位，以获得与曲面粗略匹配的初始迭代向量； 利用采样数据集及初始迭代向量求解非线性最优化问题，获得使采样数据集与理论曲面模型相匹配的最优的坐标变换；以及 基于采样数据集及最优的坐标变换进行误差分析，评估超大型零部件的加工精度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行数据预处理的步骤包括:根据规定的数据格式、采样间距和采样精度，处理来自零部件的采样数据集。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，测量坐标系和理论坐标系采用三坐标形式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在三维笛卡尔直角坐标系中对采样数据集进行初始定位，初始迭代向量由旋转量α、β、Y和平移量tx、ty、tz表示。
5.根据权利要求4所述的方法，在对采样数据集进行初始定位的步骤之前，所述方法 还包括:建立测量坐标系与理论坐标系之间的变换关系，变换关系由下述变化矩阵T表示:
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对采样数据集进行初始定位的步骤包括: 从采样数据集中选取三个不共线的数据点，每个数据点具有在测量坐标系中的坐标值； 通过几何方法估算理论曲面模型中与选取的数据点对应的三个数据点，每个对应数据点具有在理论坐标系中的坐标值；以及 利用以上坐标值和坐标变换矩阵T，对采样数据集进行初始定位，以获得与曲面粗略匹配的初始迭代向量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，利用采样数据集及初始迭代向量求解非线性最优化问题，获得使采样数据与理论曲面模型相匹配的最优的坐标变换的步骤包括: 以粗略匹配中得到的初始迭代向量为起点，在限定的搜索范围内进行迭代运算，直到收敛，得到最优的坐标变换。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，搜索范围包括搜索空间各方向上旋转角±5°内的范围。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，零部件包括核电厂钢制安全壳的钢板，曲面包括椭球面。
10.一种零部件加工精度评估设备，包括: 数据预处理装置，进行数据预处理以获得在零部件的曲面上相对均匀采样的采样数据集；初始定位装置，根据测量坐标系与理论曲面模型的理论坐标系之间的变换关系，对采样数据集进行初始定位，以获得与曲面粗略匹配的初始迭代向量； 数据优化装置，利用采样数据集和初始迭代向量求解非线性最优化问题，获得使采样数据与理论曲面模型相匹配的最优的坐标变换以及 误差分析装置，基于采样数据集及最优的坐标变换进行误差分析，以评估零部件的加工精度。
【文档编号】G06F19/00GK103617369SQ201310661645
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】丑强, 任党培, 张若兴 申请人:国核（北京）科学技术研究院有限公司