对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法技术

本发明专利技术公开了一种对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法，根据在线检测数据所重构的易变形筒形件曲面模型，结合材料、筒形件与弹性变形的关系，在筒形件内部虚拟均布加压，使其克服自身重力及其余弹性变形，达到实际使用时真实状态，获得待测件质量评价模型，并与理想加工状态模型比较，完成质量评价。本发明专利技术是创新的提出了基于有限元的超薄壁易变形筒形件质量（形位精度）评价方法,在提供超薄壁筒型件加工状态的同时，也提供其成型质量(形位精度)实时状态。本发明专利技术是一种高效率、高精度的质量评价方法,具有更准确、更快的特点。可推广应用到其他易变形、超薄壁、高精度工件的质量(形位精度)评价。

Method for on-line virtual inspection and evaluation of forming quality of super thin wall easily deformed tube shaped parts

The invention discloses a method for thin wall deformation of cylindrical parts forming quality of online virtual detection and evaluation, according to the variable cylinder data online detection of the reconstructed shape surface model, combined with the relationship between materials, cylindrical parts and the elastic deformation of the shaped parts of internal pressure in the tube uniformly distributed virtual to overcome their own, the gravity and elastic deformation, meet the actual use of real state, get a quality evaluation model to be tested, and compared with the ideal working state model, quality evaluation. The present invention is the innovation of the thin wall based on finite element deformation of cylindrical parts quality (position precision) evaluation method, in the provision of thin wall cylindrical parts processing state at the same time, also provide the molding quality (position precision) real-time status. The invention is a high efficiency and high precision quality evaluation method, and has the characteristics of more accurate and faster. It can be applied to evaluate the quality (shape and accuracy) of other easily deformed, super thin wall and high precision workpieces.

【技术实现步骤摘要】
对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法
本专利技术属于易变形超薄壁筒型件加工后的质量(形位精度)评价方法,具体涉及根据在线检测数据重构出易变形筒形件模型，根据材料、筒形件与弹性变形的关系，通过有限元方法在筒形件内部虚拟内部加压，使其达到弹性变形临界状态，根据形位精度相应定义，获得质量评价模型，并与理想模型比较，完成质量评价。评价筒型件加工质量(形位精度)的方法,尤其适用于筒形截面曲线变化较平滑的超薄壁筒型件。
技术介绍
当旋压加工所涉及的超薄壁圆筒件具有直径大、易变形等特点(例如直径达Ф600～Ф624mm，壁厚约0.4～0.5mm，长度约4000mm，其直径公差要求为±0.05mm，检测精度要求±0.01mm)时，其结构的特殊性决定其旋压加工必须高要求，检测方式必须高标准，其成型质量(形位精度)的直接检测会因尺寸、加工状态、柔性及变形等因素导致无法直接测量或直接测量不准确。为保证成型质量，急需一种在线或在机，且可准确的质量(形位精度)评价方法。在易变形件质量(形位精度)的检测领域中，因产品结构及精度需要，主要有在线、在机及离线三种模式。由产品结构超柔性及易变形，常采用专用工装支撑方式下的在机及离线检测模式。如检测平板、高度尺带百分表(测平行度)、方箱(测垂直度)、偏摆仪(测轴类同轴度、跳动)、塞尺(测平面度)、圆度仪、三坐标测量机等。对于易变形超薄筒形件，考虑成型质量稳定性及可修正性，离线检测可能会面临再次装夹及修正，再次装夹会导致加工基准不重合及变形等因素，不符合产品制作需求。因此，在线或在机检测成为优先选择。现有的加工件成型质量评价方法以离线、直接检测为主，主要对刚性件、尺寸不大且形状不复杂的工件。对于易变形的薄壁件、复杂曲面、大尺寸的工件，无法准确得出加工后质量状态。现有技术对于易变形柔性筒形件成形质量在线评价方面，尚未进入到实际工程应用。基于上述问题，对于大直径超薄筒型件旋压过程成型质量(形位精度)检测方面，迫切需要一种新的质量评价方法，实现对该旋压件成型质量(形位精度)的检测，给加工过程提供数据基础及反馈修正依据。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：根据在线检测数据所重构的易变形筒形件曲面模型，结合材料、筒形件与弹性变形的关系，在筒形件内部虚拟均布加压，使其克服自身重力及其余弹性变形，达到实际使用时真实状态，获得待测件质量评价模型，并与理想加工状态模型比较，完成质量评价。所述旋压过程中易变形筒型件质量评价方法包括如下步骤：(a)基于在线检测数据的重构模型。利用非接触测量装置，采取步进式或螺旋式数据测量方式，获得工件加工状态轮廓信息；通过数据分析、剔除及处理，获取待测件截面轮廓的真实位移数据，并转换为待测件外轮廓各位置测点的初始三维坐标；利用曲线重构算法完成截面轮廓重构，然后根据轴向位置，完成轴向曲面轮廓重构，得到待测件部分及全部的外形轮廓曲面模型；(b)基于测量模型的CAE分析，对获得的测量重构模型，结合易变形筒形件材料性能、受力与弹性变形的关系，在筒形件内部虚拟均布加压，通过有限元方式使其达到真实使用时状态，从而获得真实质量模型，选取质量模型所关心部位，并与理想模型段比较，根据形位精度定义，完成质量评价。步骤1：根据旋压加工特点及相应旋压加工参数，设计加工后理想模型，并将其模型导入到质量评价系统软件中；步骤2：采用有限元分析法(CAE)对重构后的工件曲面模型进行各截面圆心约束、内部均匀加压，并结合工件材料性能、受力与弹性变形的关系，使其在弹性范围内，恢复得到真实使用时的有限元模型，形成质量评价模型；步骤3：根据模型状态，以轴向坐标选择关心位置的模型段；步骤4：将初始在线检测的轨迹线映射到所拾取质量评价模型上，并根据质量评价模型的有限元模型，计算出n个横截面的中心点O1',O'2,...,O'n坐标；步骤5：以初始建立的理想质量模型确定横截面中心点坐标OK(x0,y0,z0)，以及该薄壁零件结构的半径RK；步骤6：在第L个横截面的轮廓线具有采集数据的m个测点，根据有限元分析后的评价模型，确定相应m个测点的坐标(xi,yi,z0)i＝1,2,...,m；步骤7：依据有限元分析后的评价模型，计算第P个横截面的中心点坐标为：O'P(x0+XC,y0+YC,z0)，其中：步骤7.1：圆柱度评价。(1)取关心各截面的中心点O1'和O'm，确定直线L，并确定直线L通过O1'和O'm两点；(2)根据每个截面m测点及根据测点所映射到待测评价模型上的点，计算相应横截面轮廓线上的点到直线L的距离D，其距离的计算数据集合。取集合中的最大与最小值，由最大值减去最小值即可得到该超薄壁筒形件所关心段的圆柱度误差，即圆柱度质量评价信息。其中D＝{d11,d12,...,d1m；...；dn1,dn2,...,dnm}；步骤7.2：尺寸、跳动及圆度评价。(1)取与参考坐标系距离为Z处位置截面，在前期分析时，其圆心位置与理想圆心位置设定为重合，其中心点设为O'Z，结合截面m测点及根据测点所映射到待测评价模型上的测点及三维坐标，计算m个测点到中心点O'Z的RZm，其RZm的数据集合为RZm＝{Rz1,Rz2,...,Rzm}；利用该集合则可知道相应工件尺寸情况；(2)取RZm集合中的最大与最小值，由最大值减去最小值即可得到该超薄壁筒形件所关心位置的截面圆度信息，实现圆度误差评价；(3)在理想模型计算时，对应截面的理想半径为RK，结合截面m测点及根据测点所映射到待测评价模型上的测点到中心点O'Z的RZm集合，用RZm集合减去RK，得到跳动集合值，设T＝{Rz1-RK,Rz2-RK,...,Rzm-RK}，该集合中的最大与最小值的绝对值之和则为该截面的最大跳动，相应集合则为该截面跳动信息状态；(c)通过上述步骤，并纳入到开发的软件系统中，则可根据选取段信息，得到相应的质量信息。其余质量评价方法与此类似，不再重复。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术创新的提出了利用CAE法，提取基于易变形超薄筒形件旋压加工后的成型真实质量模型，从而对工件进行在线或在机质量评价(形位精度)的方法；实现了超薄壁筒型件成型精度的在线评价，解决了该类型结构离线质量检测的不准确问题，实现了在线模式，提高准确度且提升了效率；利用该方法，可实现基于对待测工件的一次性全面检测，从而获取成型件质量信息的方法，除了初始检测表面信息轮廓的检测设备外，无需用其它专门的检测设备(如圆度检测仪，外径千分尺等量具)，节约了生产成本；本专利技术是一种高效率、高精度的超薄壁筒型件成型精度评价方法,与传统直接测量并进行质量评价方法相比，该方法具有更准确、更快的特点。附图说明图1为本专利技术实施例中超薄壁筒形件结构的质量评价(形位精度)流程图。具体实施方式如图1所示，根据在线检测数据所重构的易变形筒形件曲面模型，结合材料、筒形件与弹性变形的关系，在筒形件内部虚拟均布加压，使其克服自身重力及其余弹性变形，达到实际使用时真实状态，获得待测件质量评价模型，并与理想加工状态模型比较，完成质量评价。典型的质量评价方法主要步骤如下：步骤1：基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用非接触测量装置，采取步进式或螺旋式数据测量方式，获得待测件加工状态轮廓信息；通过数据分析、剔除，获取待测件截面轮廓的真实位移数据，并转换为待测件外轮廓各位置测点的初始三维坐标；利用曲线曲面重构算法实现模型重构，得到轮廓曲面模型；2)结合超薄壁易变形筒形件旋压成型特点及工艺参数，得到超薄壁易变形筒形件成型后的理想模型；3)基于测量模型的CAE分析，对获得的轮廓曲面模型，结合易变形筒形件材料性能、受力与弹性变形的关系，在筒形件内部虚拟均布重复加压与卸压，通过多次虚拟均布加压和卸压获得稳定的质量评价模型；选取稳定质量评价模型所关心部位，并与所述理想模型比较，根据形位精度定义，完成质量评价。

【技术特征摘要】
1.一种对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用非接触测量装置，采取步进式或螺旋式数据测量方式，获得待测件加工状态轮廓信息；通过数据分析、剔除，获取待测件截面轮廓的真实位移数据，并转换为待测件外轮廓各位置测点的初始三维坐标；利用曲线曲面重构算法实现模型重构，得到轮廓曲面模型；2)结合超薄壁易变形筒形件旋压成型特点及工艺参数，得到超薄壁易变形筒形件成型后的理想模型；3)基于测量模型的CAE分析，对获得的轮廓曲面模型，结合易变形筒形件材料性能、受力与弹性变形的关系，在筒形件内部虚拟均布重复加压与卸压，通过多次虚拟均布加压和卸压获得稳定的质量评价模型；选取稳定质量评价模型所关心部位，并与所述理想模型比较，根据形位精度定义，完成质量评价。2.根据权利要求1所述的对超薄壁易变形筒形件成型质量在线虚拟检测评价的方法，其特征在于，步骤3)的具体实现过程包括以下步骤：1)将所述理想模型导入到质量评价系统软件中；2)采用有限元分析法对重构后的工件曲面模型进行各截面圆心约束、内部均匀加压，并结合工件材料性能、受力与弹性变形的关系，使重构的轮廓曲面模型在弹性变形范围内，形成质量评价模型；3)根据质量评价模型状态，以轴向坐标选择关心位置的模型段；4)将在线检测的轨迹线映射到所拾取质量评价模型上，并根据待评价质量的有限元模型，计算出n个横截面的中心点O′1,O'2,...,O'n坐标；5)以初始建立的理想模型确定第k个横截面的中心点坐标OK(x0,y0,z0)，以及薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建平，文学，黄涛，李新和，刘溯奇，曾乐，王帅，喻哲钦，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43