计量点到设计曲面距离的方法技术

一种计量点到设计曲面距离的方法，其特征是首先利用坐标平移法。将设计曲面的参变量ｖ、ｕ的取值范围［０，１］平均分成ｍ段，分别计算这曲面上的点Ｑ（ｕ↓［ｉ］，ｖ↓［ｊ］）的坐标，取其中坐标值平方之和的最小者的点，如果满足公差要求，Ｐ为合格的加工点，则终止计算。否则取Ｑ′所对应的参变量ｖ↓［ｓ］、ｕ↓［ｔ］所决定［ｕ↓［ｓ－１］，ｕ↓［ｓ＋１］］、［ｖ↓［ｔ－１］，ｖ↓［ｔ＋１］］，再分别平均分成ｍ段，分别计算这些分点所决定的曲面上的点的坐标，取最小者，如果满足公差要求，Ｐ为合格的加工点；如果不能满足公差的要求则Ｐ为不合格的加工点，也终止计算。否则重复上述工作。其优点是：方法简单，稳定，速度快，并适用于多种参数类型的曲面，如Ｂ＿ＳＰＬＩＮＥ和ＮＵＲＢＳ曲面等。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量长度的方法，更具体地说，涉及一种依据由计算机控制的三坐标测量机测量已加工部件的曲面上的点，来计算该点到设计曲面距离的方法。
技术介绍
用数控机床加工冲模、模具、齿轮、涡轮或航天器部件等时，常常要求精确地测量出已加工部件的曲面上的点到设计曲面的距离，以确定加工的精度。目前一般用三坐标测量机(CMM)测量，然后通过计算机模拟、定位和计算精度。申请人在申请号为96115777.1的专利申请中披露了一种由计算机控制的用三坐标测量机测量已加工部件的曲面上的点到设计曲面距离的方法。但该方法计算速度不够快，计算步骤繁杂，因为该方法中需要反复计算点到曲线的距离，因而其应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用三坐标测量机测量已加工部件的曲面上的点到设计曲面距离的方法，它能弥补现有方法的上述不足。一种，包括用三坐标测量机测量已加工曲面上的点的坐标，并输入计算机，其特征是用计算机通过以下程序进行计算设P表示用三坐标测量机测量已加工部件的曲面上的一个点；设S(u，v)表示设计曲面关于参数u、v的参数方程；α为公差；第一步利用坐标平移法，将P点的坐标变换成坐标系原点的坐标(0，0，0)；相应的设计曲面的控制点也进行相同的变换，进入第二步；第二步将设计曲面的参变量v、u的取值范围平均分成m段，分点的参数值分别为u0＝0，u1，u2，…，um＝1；v0＝0，v1，v2，…，vm＝1；然后分别计算这m乘m个参变量v、u的值所决定的曲面上的点Q(ui，vj)的坐标，其中i＝0，1，2…m；j＝0，1，2…m；取其中坐标值平方之和的最小者的点Q′，进入第三步；第三步计算坐标原点0到Q′的距离，如果满足公差要求，P为合格的加工点，则终止计算；否则取Q′所对应的参变量vs、ut，然后对包含vs、ut的参数u、v的取值范围、，再分别平均分成m段，分点的参数值分别为u0＝us-1，u1，u2，…，um＝us+1；v0＝vt-1，v1，v2，…，vm＝vt+1；然后分别计算这m乘m个参变量v、u的值所决定的曲面上的点Q(ui，vj)的坐标，其中i＝0，1，2…m；j＝0，1，2…m；取其中坐标值平方之和的最小者的点Q″，如果坐标原点0到Q″的距离满足公差要求，P为合格的加工点，则终止计算；否则进入第四步；第四步取Q″所对应的参变量vs、ut，然后对包含vs、ut的参数u、v的取值范围、，再分别平均分成m段，分点的参数值分别为u0＝us-1，u1，u2，…，um＝us+1；v0＝vt-1，v1，v2，…，vm＝vt+1；然后分别计算这m乘m个参变量v、u的值所决定的曲面上的点Q(ui，vj)的坐标，其中i＝0，1，2…m；j＝0，1，2…m；取其中坐标值平方之和的最小者的点Q，如果坐标原点O到Q的距离满足公差要求，P为合格的加工点，则终止计算；如果PQ在满足设计要求的误差的范围内，不能满足公差的要求，或者|OQ|-α＞|OQ″|-|OQ|，则P为不合格的加工点，也终止计算；否则令Q″＝Q，重复第四步。本专利技术的方法计算稳定、速度快、收敛也快、适用于各种双参数类型的曲面，且不需要使用现有计算方法中反复计算点到曲线的距离。本算法用C语言编程，在586PentiumII 233机上，对一个测量点P和一个二次的Brzier设计曲面进行计算，用现有计算方法计算是0.05秒，而使用本专利技术的方法计算是0.0004秒。数据对比可以看出本专利技术的方法计算速度提高得相当快。具体实施例方式下面结合实施例进一步说明本专利技术假设已加工部件的曲面上的点到设计曲面距离不超过设计公差0.00211厘米的要求，即为加工合格。将已加工部件放在三坐标测量机上，由测量机测头接触已加工部件的曲面，测出该曲面上点p的坐标(53.70，34.36，86.00)，并输入计算机。计算机内的设计曲面(或由测量机测出已加工曲面上的点群拟合成的曲面)的控制点群如下(30，40，190)，(65，60，170)，(100，60，160)，(190，65，190)，(30，50，150)，(65，70，145) ，(160，55，140)，(190，75，150)，(30，60，115)；该控制点群可以生成二次的Brzier设计曲面S(u，v)。下面就是计算点P到设计曲面的距离的过程，其中要求计算点P到设计曲面的距离误差不大于0.000015厘米。第一步平移坐标系，使P点的坐标为(0，0，0)，设计曲面的控制点的坐标平移后如下 (-23.70，5.64，104)，(11.30，25.64，84)，(46.3，25.64，74)，(136.3，30.64，104)，(-23.70，13.64，64)，(11.3，35.64，59)，(116.3，20.64，54)，136.3，40.64，64)，(-23.7，25.64，29)；第二步设段数m＝10，将设计曲面的参变量u、v的取值范围平均分成10段，各分点的参数值分别为0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1。然后分别计算这些参变量v、u的值所决定的曲面上的点Q(0，0)、Q(0，0.1)、Q(0，0.2)……Q(0，1)、Q(0.1，0)、Q(0.1，0.1)、Q(0.1，0.2)……Q(0.1，1)、Q(0.2，0)、Q(0.2，0.1)、Q(0.2，0.2)……Q(0.2，1)、Q(1，0)、Q(1，0.1)、Q(1，0.2)……Q(1，1)的坐标，取其中坐标值平方之和的最小者的点Q′＝(0.6，0.6)，坐标为(-0.516002，1.727，-1)，进入第三步。第三步计算坐标原点O到Q′的距离1.6983056，不满足公差要求。取Q′所对应的参变量0.6、0.6，然后对包含它们的参数u、v的取值范围、，再分别平均分成10段，各分点的参数值分别为0.5，0.52，0.54，0.56，0.58，0.6，0.62，0.64，0.66，0.68，0.7。然后分别计算这参变量v、u的值所决定的曲面上的点的坐标，取其中坐标值平方之和的最小者的点Q″＝(0.55，0.55)，坐标原点O到Q″的距离0.088944，仍不满足公差要求，进入第四步。第四步取Q″所对应的参变量0.55、0.55，然后对包含0.55、0.55的参数u、v的取值范围、，再分别平均分成10段，分点的参数值分别为0.54，0.542，…，0.558，0.56。然后分别计算这些参变量v、u的值所决定的曲面上的点的坐标，取其中坐标值平方之和的最小者的点Q″(0.552，0.550)，坐标原点O到Q″的距离0.033511，仍不满足公差要求，也不在设计要求的误差的范围内，令Q″＝Q，重复第四步。以下是重复第四步的计算结果第一次计算结果Q(0.5512，0.5492)，坐标原点O到Q的距离0.005199，第二次计算结果Q(0.55108，0.54916)，坐标原点O到Q的距离0.00184634， 第三次计算结果Q(0.551076，0.549160)，坐标原点O到Q的距离0.0018363，第三次计算结果满足公差要求，终止计算。假如公差α＝0.0018厘米，不满足公差要求，且|OQ|-α本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计量点到设计曲面距离的方法，包括用三坐标测量机测量已加工曲面上的点的坐标，并输入计算机，其特征是用计算机通过以下程序进行计算：设Ｐ表示用三坐标测量机测量已加工部件的曲面上的一个点；设Ｓ（ｕ，ｖ）表示设计曲面关于参数ｕ、ｖ的参数方 程；α为公差；第一步：利用坐标平移法，将Ｐ点的坐标变换成坐标系原点的坐标（０，０，０）；相应的设计曲面的控制点也进行相同的变换，进入第二步；第二步：将设计曲面的参变量ｖ、ｕ的取值范围［０，１］平均分成ｍ段，分点的参数值分别为 ：ｕ↓［０］＝０，ｕ↓［１］，ｕ↓［２］，…，ｕ↓［ｍ］＝１；ｖ↓［０］＝０，ｖ↓［１］，ｖ↓［２］，…，ｖ↓［ｍ］＝１；然后分别计算这ｍ乘ｍ个参变量ｖ、ｕ的值所决定的曲面上的点Ｑ（ｕ↓［ｉ］，ｖ↓［ｊ］）的坐标，其中ｉ＝０，１，２…ｍ；ｊ＝０，１，２…ｍ；取其中坐标值平方之和的最小者的点Ｑ′，进入第三步；第三步：计算坐标原点０到Ｑ′的距离，如果满足公差要求，Ｐ为合格的加工点，则终止计算；否则取Ｑ′所对应的参变量ｖ↓［ｓ］、ｕ↓［ｔ］，然后对包含ｖ↓［ｓ］、ｕ↓［ｔ］ 的参数ｕ、ｖ的取值范围［ｕ↓［ｓ－１］，ｕ↓［ｓ＋１］］、［ｖ↓［ｔ－１］，ｖ↓［ｔ＋１］］，再分别平均分成ｍ段，分点的参数值分别为：ｕ↓［０］＝ｕ↓［ｓ－１］，ｕ↓［１］，ｕ↓［２］，…，ｕ↓［ｍ］＝ｕ↓［ｓ＋１］；ｖ↓［０］＝ｖ↓［ｔ－１］，ｖ↓［１］，ｖ↓［２］，…，ｖ↓［ｍ］＝ｖ↓［ｔ＋１］；然后分别计算这ｍ乘ｍ个参变量ｖ、ｕ的值所决定的曲面上的点Ｑ（ｕ↓［ｉ］，ｖ↓［ｊ］）的坐标，其中ｉ＝０，１，２…ｍ；ｊ＝０，１，２…ｍ；取其中坐标值平方之和的最小者的点Ｑ″，如果坐标原点０到Ｑ″的距离满足公差要求，Ｐ为合格的加工点，则终止计算；否则进入第四步；第四步：取Ｑ″所对应的参变量ｖ↓［ｓ］、ｕ↓［ｔ］，然后对包含ｖ↓［ｓ］、ｕ↓［ｔ］的参数ｕ、ｖ的取值范围［ｕ↓［ｓ－１］，ｕ↓［ｓ＋１］］、［ｖ↓［ ｔ－１］，ｖ↓［ｔ＋１］］，再分别平均分成ｍ段，分点的参数值分别为：ｕ↓［０］＝ｕ↓［ｓ－１］，ｕ↓［１］，ｕ↓［２］，…，ｕ↓［ｍ］＝ｕ↓［ｓ＋１］；ｖ↓［０］＝ｖ↓［ｔ－１］，ｖ↓［１］，ｖ↓［２］，…，ｖ↓［ｍ］＝ｖ↓［ｔ＋１］；然后分别计算这ｍ乘ｍ个参变量ｖ、ｕ的值所决定的曲面上的点Ｑ（ｕ↓［ｉ］，ｖ↓［ｊ］）的坐标，其中ｉ＝０，１，２…ｍ；ｊ＝０，１，２...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵世麟，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]