1.本发明涉及一种提高天线口盖成型精度的方法，涉及天线口盖成型模具的型面修正技术。
背景技术：
2.目前，飞机的天线口盖采用复合材料制造，天线口盖外形复杂且采用热压罐成型。成型模具材料为铸铝或铸铁时，由于模具材料与天线口盖材料热膨胀系数的差异，以及复合材料固化过程中加温、加压对模具造成的应力应变影响，成型后的天线口盖将产生较大的变形，如某型飞机翼尖天线口盖最大误差达到10mm，对天线口盖气动外形、透波率产生影响，并对装配提出了更高的要求。因此提高天线口盖产品精度是亟待解决的问题。
技术实现要素：
3.在制造易发生固化变形同时又具有严格型面精度要求的复合材料天线口盖时，目前通常采用的方法为：
4.1)根据天线口盖的设计形状制造模具；
5.2)制造工艺试验件；
6.3)根据工艺试验件的固化变形量调整固化工艺规范或修正模具型面；
7.4)再次制造工艺试验件；
8.5)再次根据工艺试验件的固化变形量调整固化工艺规范或修正模具型面；
9.6)重复上述过程直至构件固化后形状满足设计要求。
10.这种“试错法”可以在一定程度上解决天线口盖固化变形引起的问题，使零件质量达到设计要求，但要浪费大量工时和耗费材料。
11.虽然复合材料在国内应用日益广泛，但由于复合材料结构复杂，成型过程影响因素较多，因此目前从理论方面预测天线口盖成型的变形有较大难度。
12.要解决的技术问题
13.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种提高天线口盖成型精度的方法，针对飞机天线口盖在加热固化过程中变形问题，在原材料、成型设备和现有的成型工艺的情况下的型面修正方法，从而减少试模、修模的次数并得到较高精度的天线口盖。
14.技术方案
15.一种提高天线口盖成型精度的方法，其特征在于步骤如下：
16.s1.确定天线口盖设计曲面最高点和测量点云数据的最高点：
17.采用初始模具加工天线口盖，利用曲面测量仪测量天线口盖的外形曲面，得到天线口盖的测量点云数据，将天线口盖的测量点云数据按z轴坐标进行排序，最大z值的点为初始模具加工的天线口盖最高点(xt，yt，zt)；所述初始模具的型面来源于天线口盖的设计曲面；
18.采用catia软件将天线口盖的设计曲面进行离散得到天线口盖的设计曲面点云数
据，设计曲面建模时的最高点(0，0，0)为点云数据的最高点；
19.s2.确定天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线和测量点云数据的最高点法线：
20.采用双三次b样条插值对天线口盖的测量点云数据进行拟合，得到测量点云数据的最高点处曲面片参数方程：r＝r(u，v)，其中u为测量点云数据的最高点处曲面片截面参数方向，v为测量点云数据的最高点处曲面片另一控制参数方向；
21.通过曲面片参数方程求出通过最高点处r＝r(u0，v0)的两个方向切矢：u向切矢v向切矢计算出最高点的单位法矢：
22.采用双三次b样条插值对天线口盖的设计曲面点云数据进行拟合，得到设计曲面点云数据的最高点处曲面片参数方程：r
′
＝r
′
(u
′
，v
′
)，其中u
′
为设计曲面点云数据的最高点处曲面片截面参数方向，v
′
为设计曲面点云数据的最高点处曲面片另一控制参数方向；通过曲面片参数方程求出通过最高点处r
′
＝r
′
(u
′
0，v
′
0)的两个方向切矢：u
′
向切矢进而计算出最高点的单位法矢：
23.s3.重合天线口盖设计曲面点云数据的最高点和测量点云数据的最高点：
24.计算天线口盖测量点云数据的最高点(xt，yt，zt)平移至天线口盖设计曲面点云数据的最高点(0，0，0)的平移向量(-xt，-yt，-zt)，将天线口盖测量点云数据中所有点按向量(-xt，-yt，-zt)进行平移，使得天线口盖设计曲面点云数据的最高点和测量点云数据的最高点的重合；
25.s4.重合天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线和测量点云数据的最高点法线：
26.根据天线口盖测量点云数据的最高点法线旋转至天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线方向的旋转角度α，β，γ和旋转变换矩阵，分别绕x、y、z轴进行旋转，将天线口盖测量点的坐标(x，y，z)旋转为坐标(x
′
，y
′
，z
′
)；
27.x轴旋转变换矩阵旋转角度为α，
28.y轴旋转变换矩阵旋转角度为β，
29.z轴旋转变换矩阵，
30.所述α，β，γ符合右手螺旋规则；
31.s5.计算天线口盖测量点云数据在天线口盖设计曲面上的投影点：
32.通过旋转后得到的天线口盖测量点坐标(x
′
，y
′
，z
′
)和天线口盖设计曲面，利用vb对catia进行二次开发，调用catia中创成式外形设计模块的投影功能，计算天线口盖测量点在天线口盖设计曲面上的投影点坐标；
33.s6.计算最小距离目标函数，匹配测量曲面和设计曲面：
34.将天线口盖测量点云数据以天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线为旋转轴，在0
°
～360
°
的范围内旋转并以角度增量为1
°
计算距离目标函数f，以距离目标函数的最小值所对应的旋转角度η为天线口盖测量点云数据和天线口盖设计曲面点云数据的匹配位置，实现测量曲面和设计曲面匹配；所述距离目标函数f为天线口盖测量点云数据点p(xi，yi，zi)到天线口盖设计曲面上对应投影点p
′
(x
′
i，y
′
i，z
′
i)的距离平方和其中以距离目标函数的最小值所对应的旋转角度η为天线口盖测量点云数据和天线口盖设计曲面点云数据的匹配位置，实现测量曲面和设计曲面匹配；
35.s7.在天线口盖设计曲面上进行反向补偿修正天线口盖成型模具型面：
36.以对天线口盖设计曲面进行修正，将所有修正曲面上对应点坐标导入catia的digitized stape editor模块中，利用mest creation功能生成天线口盖成型模具型面的修正曲面；其中：o为原点，e为修正系数，(xi，yi，zi)为测量点云数据点，(x
′
i，y
′
i，z
′
i)为该点在天线口盖设计曲面的投影点，所述的修正系数e为-1～0。
37.所述的修正系数e＝-0.6。
38.有益效果：
39.本发明提出的一种提高天线口盖成型精度的方法，利用曲面测量仪测量天线口盖实物的外形曲面，得到天线口盖的测量点云数据。通过天线口盖测量点云测量与天线口盖的设计曲面进行匹配，计算出两者之间的偏差，以此偏差值为变形量，在天线口盖成型模具设计时对模具型面做相应的修正，进而快速制造出高精度的天线口盖，满足设计和使用要求。
40.本发明通过变形规律及各点的变形计算对天线口盖成型模具型面进行修正，提高了天线口盖成型精度。相比于常规试模修模方法，减少了试模、修模次数及模具设计时间，提高了材料利用，显著降低天线口盖制造成本。
具体实施方式
41.现结合实施例对本发明作进一步描述：
42.采用初始模具加工天线口盖，利用曲面测量仪测量天线口盖的外形曲面，得到天线口盖的测量点云数据，所述初始模具的型面来源于天线口盖的设计曲面。将天线口盖的测量点云数据按z轴坐标进行排序，z轴坐标最大的点为初始模具加工的天线口盖最高点(xt，yt，zt)；采用catia软件将天线口盖的设计曲面进行离散得到天线口盖的设计曲面点云数据，坐标原点(0，0，0)为设计曲面建模时的最高点。
43.确定天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线和测量点云数据的最高点法线
44.采用双三次b样条插值对天线口盖的测量点云数据进行拟合，得到测量点云数据的最高点处曲面片参数方程：r＝r(u，v)，其中u为测量点云数据的最高点处曲面片截面参数方向，v为测量点云数据的最高点处曲面片另一控制参数方向。通过曲面片参数方程求出通过最高点处r＝r(u0，v0)的两个方向切矢：u向切矢v向切矢进而计算出最高点的单位法矢：
45.采用双三次b样条插值对天线口盖的设计曲面点云数据进行拟合，得到设计曲面点云数据的最高点处曲面片参数方程：r
′
＝r
′
(u
′
，v
′
)，其中u
′
为设计曲面点云数据的最高点处曲面片截面参数方向，v
′
为设计曲面点云数据的最高点处曲面片另一控制参数方向。通过曲面片参数方程求出通过最高点处r
′
＝r
′
(u
′
0，v
′
0)的两个方向切矢：u
′
向切矢进而计算出最高点的单位法矢：
46.本实施例中最高点处的点云进行曲面拟合时，天线口盖的测量点云数据和设计曲面点云数据都采用双三次b样条插值拟合得到最高点处点云数据曲面片参数方程，分别求出天线口盖的测量点云数据和设计曲面点云数据的最高点两个参数方向的切矢，继而求出两个最高点的法矢。
47.本实施例中：天线口盖的测量点云数据最高点和设计曲面点云数据最高点重合，
将测量点云数据进行旋转变换使其最高点法线与设计曲面点云数据最高点的法线方向重合。
48.重合天线口盖设计曲面点云数据的最高点和测量点云数据的最高点。
49.计算天线口盖测量点云数据的最高点(xt，yt，zt)平移至天线口盖设计曲面点云数据的最高点(0，0，0)的平移向量(-xt，-yt，-zt)，将天线口盖测量点云数据中所有点按向量(-xt，-yt，-zt)进行平移，使得天线口盖设计曲面点云数据的最高点和测量点云数据的最高点的重合。
50.重合天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线和测量点云数据的最高点法线：
51.计算天线口盖测量点云数据的最高点法线旋转至天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线方向的旋转角度α，β，γ，其中α，β，γ分别为绕x、y、z轴的旋转角度。利用旋转变换将天线口盖测量点云数据进行旋转变换，使天线口盖测量点云数据最高点法线与天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线重合，设旋转前测量点的坐标为(x，y，z)，r为旋转变换矩阵，旋转后坐标为(x
′
，y
′
，z
′
)，(x
′
，y
′
，z
′
)＝(x，y，z)r，其中分别为绕x、y、z轴旋转时的旋转变换矩阵，α，β，γ符合右手螺旋规则。
52.本实施例中天线口盖的测量点云数据以过最高点p0(p
′
0)的矢量为旋转轴绕旋转，旋转角在0～360
°
的范围内以距离目标函数作优化，找出使得f(η)最小的η＝2
°
，根据η值求解转换矩阵完成天线口盖的测量点云数据最高点和设计曲面点云数据的匹配。
53.计算天线口盖测量点云数据在天线口盖设计曲面上的投影点。
54.利用vb对catia进行二次开发，调用catia中创成式外形设计模块的投影功能，通过读取天线口盖测量点坐标和选取天线口盖设计曲面，计算并输出天线口盖测量点在天线口盖设计曲面上的投影点坐标。
55.计算最小距离目标函数，匹配测量曲面和设计曲面：
56.将天线口盖测量点云数据以天线口盖设计曲面点云数据的最高点法线为旋转轴，在0
°
～360
°
的范围内旋转并以角度增量为1
°
计算距离目标函数f，所述距离目标函数f为天线口盖测量点云数据点p(xi，yi，zi)到天线口盖设计曲面上对应投影点p
′
(x
′
i，y
′
i，z
′
i)的距离平方和其中以距离目标函数的最小值所对应的旋转角度η为天线口盖测量点云数据和天线口盖设计曲面点云数据的匹配位置，实现测量曲面和设计曲面匹配。
57.修正天线口盖成型模具型面：
58.在天线口盖设计曲面上进行反向补偿即可得到模具的修正曲面。设测量点云数据点为p(xi，yi，zi)，该点在天线口盖设计曲面的投影点为p
′
(x
′
i，y
′
i，z
′
i)，修正曲面上对应的点为p
″
(x
″
i，，y
″
i，，z
″
i)，则修正系数e由经验给定或多次试验总结给出为-1～0，本文给定修正系数e＝-0.6即可求出修正曲面上对应点坐标，将所有修正曲面上对应点坐标导入catia的digitized stape editor模块中，利用mest creation功能生成天线口盖成型模具型面的修正曲面。
59.本实施例中计算各测量点云数据在设计曲面上的投影点，并计算各测量点与其对应投影点的距离，其中最大距离即天线口盖的最大变形误差为4.88mm，天线口盖变形较大。根据变形补偿原理对理论曲面进行反向补偿，计算出修正曲面各点坐标，生成点云，将所有的点云拟合成曲面。