一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法技术

本发明专利技术公开了一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，属于机械领域，具有测量速度快、计算量小、测量精度高的特点。本发明专利技术包括：首先将结构件划分成N个子区域，将子区域结构等效成薄板并计算出子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定；其次在自由放置的结构件子区域表面设置测量点，通过测量各测量点的空间位置数据，根据纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，利用“最小二乘法”拟合计算出各子区域变形函数的待定系数；然后利用“两步造型法”并结合变形函数的待定系数拟合结果建立子区域的弯扭组合变形函数，结合三角函数逼近方法将其简化成二次函数形式的变形函数；最后按照子区域与结构件的关系，组合得到结构件整体变形。

【技术实现步骤摘要】
一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法
本专利技术属于机械领域，具体涉及一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法。
技术介绍
航空整体结构件具有尺寸大、壁厚薄、刚度低、材料去除率高等特点，在结构件内部初始残余应力、加工过程中的切削力、热应力、夹紧力等因素的综合影响下，极易产生变形，这也是导致结构件加工质量不合格的重要因素，同时浪费材料、人力等资源，严重制约整体结构件的生产效率。为了控制结构件的加工变形，必须了解其加工过程中的稳定性及整体变形趋势，及时发现加工过程中的问题，并应对变形过大的情况及时作出调整，降低结构件的报废率。而目前针对结构件中间状态加工变形测量的研究少之又少，王斌利硕士论文“大型复杂结构件数控加工浮动装夹自适应调整方法”提出基于监测力的加工中间状态变形量计算方法，通过测量工件装夹装置作用力变化量，利用有限元计算工件产生的变形量；2013年1月9日公开的专利“飞机结构件数控加工中间状态的在线检测方法(CN102866672A)”针对结构件数控加工中间状态的检测，提出中间状态的检测方法与中间状态模型的创建方法；2019年1月29日公开的“一种基于应变监测的弹性支承板的变形监测方法(CN109282785A)”针对弹性支撑板的局部横向变形监测，基于应变监测的弹性支撑板的变形监测方法。上述方法都需要大量测量点、大量的有限元计算及局部变形的测量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，解决了现有检测方法无法实现结构件整体变形测量的问题，能够对结构件加工变形实现快速测量与识别，该方法具有测量速度快、计算量小、测量精度高的特点。为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，包括以下步骤：(1)将结构件划分成N个子区域，将所述子区域结构等效成薄板并计算出所述子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定；(2)在自由放置的结构件子区域表面设置测量点，通过测量各测量点的空间位置数据，根据所述纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，利用“最小二乘法”拟合计算出各子区域变形函数的待定系数；(3)利用“两步造型法”和变形函数的待定系数拟合结果建立子区域的弯扭组合变形函数，结合三角函数逼近方法将所述弯扭组合变形函数简化成二次函数形式的变形函数；(4)按照子区域间的几何关系，采用B样条曲线光滑拼接的方法，将子区域组合得到结构件整体变形函数，根据整体变形函数计算整体变形量。以上所述步骤中，步骤(1)中所述的将结构件划分成N个子区域的原则如下：原则1：将结构件作简化处理(去除倒角、圆角、孔特征)，对简化后的模型按照腹板厚度进行划分；原则2：所划分的子区域能够完整覆盖结构件，保证完整测量结构件整体变形；原则3：所划分的子区域不得超过800×800mm；原则4：所划分子区域尽可能关于结构件的几何中心或者对称中心对称；原则5：所划分的子区域内无装夹点；所述子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数的计算方法：基于子区域的几何模型，利用有限元分析计算单位力作用下子区域的弯曲变形量，结合悬臂梁挠度计算公式计算出子区域的等效厚度，根据等效厚度计算各子区域的纯弯曲变形函数与纯自由扭转变形函数；所述的纯弯曲变形函数方程如式(1)所示：z(x，y)＝ax2+by2+cx+dy+e(1)上式中，a、b、c、d、e为纯弯曲变形函数的5个待定系数。所述的纯自由扭转变形函数方程如式(2)所示：式(1)中，表示平面的x、y、z坐标组成的向量，表示扭转后平面的x、y、z坐标组成的向量，矩阵A、B分别表示扭转变换矩阵，且其中，kx、bx、ky、by为纯自由扭转变形函数的4个待定系数。步骤(2)中所述的测量点的设置遵循以下原则：原则1：每个子区域选取的测量点不得少于9个；原则2：每个子区域上的测量点尽量均匀分布；原则3：所有测量点都位于结构件的腹板上，为了避免信号紊乱，所选测量点远离结构件边缘区域距离5～20mm，上述的边缘区域包括轮廓特征、筋特征、槽特征及孔特征。步骤(3)中所述的“两步造型法”是在只考虑弯曲变形情况下，将纯弯曲变形函数的系数带入纯弯曲变形函数，得到纯弯曲变形函数，然后考虑扭转变形，结合纯自由扭转变形函数扭转变换矩阵及其待定系数拟合结果，以扭转矩阵对纯弯曲变形函数作扭转变换，得到弯扭组合变形函数；所述的结合三角函数逼近方法简化是指由于所述扭转变形函数中三角函数在很小范围内变化，取sin(kxx+bx)＝kxx+bx、cos(kxx+bx)＝1、sin(kyy+by)＝kyy+by、cos(kyy+by)＝1对原变形函数进行简化，化简得到弯扭组合变形函数如式(3)：z(x,y)＝t1+t2x+t3y+t4x2+t5xy+t6y2(3)式(3)中，t1＝e、t2＝c-by、t3＝d-bx、t4＝a、t5＝-(kx+ky)、t6＝b，而a、b、c、d、e为纯弯曲变形函数的5个待定系数。步骤(4)中各个区域的弯扭组合变形函数之间利用B样条曲面线连接，B样条曲面与各区域的弯扭组合变形函数间应满足光滑的条件。有益效果：本专利技术提供了一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，解决了现有检测方法无法实现结构件整体变形测量的问题，能够对结构件加工变形实现快速测量与识别，本专利技术方法在保证精度的前提下需要的测量点少、计算速度快，实现结构件整体变形测量，可以对后续结构件的加工变形控制起到辅助作用，保证加工质量，提高经济效应。附图说明图1为本专利技术的测量方法的流程图；图2为实施例中结构件零件示意图；图3为实施例中结构件分区示意图与测量点分布示意图；图4为实施例中结构件整体变形测量结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明：如图1所示，一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，包括以下步骤：步骤1：将结构件划分成N个子区域，将子区域结构等效成薄板并计算出子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定。所述的区域划分原则如下：原则1：将结构件作简化处理(去除倒角、圆角、孔特征)，对简化后的模型按照腹板厚度进行划分；原则2：所划分的子区域能够完整覆盖结构件，保证完整测量结构件整体变形；原则3：所划分的子区域不得超过800×800mm；原则4：所划分子区域尽可能关于结构件的几何中心或者对称中心对称；基于子区域的模型，利用有限元分析计算在一定力作用下子区域的弯曲变形量，结合悬臂梁偏转公式计算出子区域的等效厚度，根据等效厚度计算各子区域的弯曲变形函数与纯自由扭转函数；所述的纯弯曲变形函数方程如式(1)所示：z(x，y)＝ax2+by2+cx+dy+e(1)上式中，a、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将结构件划分成N个子区域，将所述子区域结构等效成薄板并计算出所述子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定；/n(2)在自由放置的结构件子区域表面设置测量点，通过测量各测量点的空间位置数据，根据所述纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，利用“最小二乘法”拟合计算出各子区域变形函数的待定系数；/n(3)利用“两步造型法”和变形函数的待定系数拟合结果建立子区域的弯扭组合变形函数，结合三角函数逼近方法将所述弯扭组合变形函数简化成二次函数形式的变形函数；/n(4)按照子区域间的几何关系，利用样条B曲线光滑拼接的方法，将子区域组合得到结构件整体变形函数，根据整体变形函数计算整体变形量。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将结构件划分成N个子区域，将所述子区域结构等效成薄板并计算出所述子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定；
(2)在自由放置的结构件子区域表面设置测量点，通过测量各测量点的空间位置数据，根据所述纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，利用“最小二乘法”拟合计算出各子区域变形函数的待定系数；
(3)利用“两步造型法”和变形函数的待定系数拟合结果建立子区域的弯扭组合变形函数，结合三角函数逼近方法将所述弯扭组合变形函数简化成二次函数形式的变形函数；
(4)按照子区域间的几何关系，利用样条B曲线光滑拼接的方法，将子区域组合得到结构件整体变形函数，根据整体变形函数计算整体变形量。


2.根据权利要求1所述的针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，其特征在于，步骤(1)中所述的将结构件划分成N个子区域的原则如下：
原则1：将结构件作简化处理，对简化后的模型按照腹板厚度进行划分；
原则2：所划分的子区域能够完整覆盖结构件，保证完整测量结构件整体变形；
原则3：所划分的子区域不得超过800×800mm；
原则4：所划分子区域尽可能关于结构件的几何中心或者对称中心对称；
原则5：所划分的子区域内无装夹点。


3.根据权利要求2所述的针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，其特征在于，原则1中所述的简化处理为去除倒角、圆角、孔特征。


4.根据权利要求1所述的针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，其特征在于，步骤(1)中所述子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数的计算方法：基于子区域的几何模型，利用有限元分析计算单位力作用下子区域的弯曲变形量，结合悬臂梁挠度计算公式计算出子区域的等效厚度，根据等效厚度计算各子区域的纯弯曲变形函数与纯自由扭转变形函数。


5.根据权利要求1或4所述的针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，其特征在于，步骤(1)中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨吟飞，王珉，杨巍，周冬生，唐小聪，李晓月，樊龙欣，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32