复合空间型面几何误差评定方法技术

本发明专利技术属于机械零件几何误差评定领域，涉及一种复合空间型面几何误差评定方法，该方法针包括下列步骤：（１）读取待评定工件的三维ＣＡＤ模型，重构理想的工件模型；（２）测量待评定工件的几何数据，获取各个测量点的坐标信息；（３）针对待评定工件的包括空间直线度、圆柱度、孔组复合位置度在内的几何误差评定项目，计算出被测型面的误差值；（４）将误差评定结果与读入的工件理想模型进行分析对比，采用彩色点云的形式显示加工误差信息，并最终给出误差评定报告。本发明专利技术通过构建最小包容区域的逼近过程，实现复合空间型面几何误差的快速、精确评定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械零件几何误差评定领域，涉及一种几何误差评定方法。
技术介绍
现有的几何误差评定系统使用的误差模型和几何误差评定算法多为近似算法，实现 过程复杂，且不同程度的存在迭代次数过多或者计算量过大的问题，评估标准与相关标 准对形状误差的定义不相符，往往过大地估计形状误差值，导致合格品的误废。或者仅 限于给出空间型面上若干数量的离散点的法向偏离值，未能给出整体型面的几何误差信 息。用先进测量技术和仪器对工件进行测量后，先进的形位误差评定理论及精确的算法 是获得形位误差准确值的关键。因此对复合空间型面误差评定模型以及几何误差的精确 评定理论和算法的研究有待深入。目前对形位误差形状误差评定算法的研究取得了一定的结果。其中，最成熟且应用 最广泛的算法是最小二乘法(LSM Least Squares Method)，尽管最小二乘法基于很好的 数学原理，并具有易于编程的特点，但其所获得的误差值却不是最小的。按照相关标准 的规定，在形状误差的评定中，拟合要素的位置应符合最小条件，即被测提取要素对其 拟合要素的最大变动量为最小。几何上用最小包容区域(最小区域)来体现。相应地， 位置误差的评定用定向最小区域和定位最小区域来评定。国内外学者针对不同的形位误 差项目提出了一些优化算法，但是现有的评定算法大都使用了近似误差模型和几何误差 评定算法，实现过程复杂，且不同程度的存在迭代次数过多或者计算量过大的问题，评 估标准与相关标准对形状误差的定义不相符，往往过大地估计形状误差值，导致合格品 的误废。综合上述分析，当前对相关领域的研究工作存在的不足主要是缺乏能够对复合空 间型面进行高效、精确测评的几何误差评定系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有误差评定系统误差模型和算法的不足，建立复合空间型 面几何误差评定数学模型；提出。根据本专利技术提出的方 法开发的复合空间型面几何误差评定软件系统，能够实现零件几何误差的精确评定。本专利技术采用如下的技术方案一种，包括下列步骤第一步读取待评定工件的三维CAD模型，重构理想的工件模型； 第二步测量待评定工件的几何数据，获取各个测量点的坐标信息；第三步针对待评定工件的包括空间直线度、圆柱度、孔组复合位置度在内的几何误差评 定项目，计算出被测型面的误差值。第四步将误差评定结果与读入的工件理想模型进行分析对比，采用彩色点云的形式显示 加工误差信息。作为优选实施方式本专利技术的，其中的第四歩之后，再根据分析对比结 果输出误差评定文档。本专利技术的，其中的第三步中，对于空间直线度的误 差评定，包括下列步骤1) 根据工件实际直线的测量点的坐标值，求取最小二乘中线；2) 以此最小二乘中线为法线，做一投影平面，将所有测量点投影到该平面上；3) 根据投影后的坐标值求出能包容所有点的最小包容圆，并计算最小包容圆的直径；4) 搜索最小二乘中线的方向，重复歩骤2)和3)，以寻求最小包容圆的最优解，即为 所求的直线度误差。上述的，按照下列步骤寻求最小包容圆的最优解(1) 运用最小二乘法确定最小包容圆的初始中心O,，然后找出所有投影点到《的距离的最大值i ,，令该最远接触点为//,。(2) 令《, =^，并确定移心步长￡ = ^,此时圆心为01，得出第二个最远接触点//2。(3) 判断//" //2、 O,是否共线，即是否符合两点判别准则；若符合，则该圆心即 为所求，跳转执行步骤(6);否则继续执行步骤(4)。(4) 令"2=^，其中//'是有效接触点和圆心夹角(Z/^0,A)角平分线上一点；确定移心步长e-^，此时圆心为02，得出第三个接触点/fj。(5) 通过三点判别准则判定圆心02是否被紐;//2/^所包容在内；是，则该圆心即为所求圆心，继续执行步骤(6);否则，舍去无效点，跳转执行步骤(4)。(6) 计算求得最小包容圆的直径。本专利技术的，其中的第三步中，对于圆柱度的误差评定，包括下列步骤1) 在工件的圆柱面上选取m个截面；2) 在第/(/ = :! . m)个截面上选取"个测量点，获得各测量点7'(乂^l…w)的坐标 P,';3) 根据各个截面上的测量点的坐标/V ，求取最小二乘圆心坐标；4) 根据最小二乘圆心坐标值，求取初始最小二乘轴线；5) 以此最小二乘轴线为法线，做一投影平面，将所有测量点投影到该平面上；6) 根据投影后的坐标值求出能包容所有点的半径差为最小的最小包容同心圆，并计算其 半径差；7) 改变此轴线的倾斜方向，重复步骤5)和6)，寻求最小包容同心圆的最优解，即为 所求的圆柱度误差。上述的，按照下列步骤寻求最小包容同心圆的最优解(1) 运用最小二乘法确定同心包容圆的初始中心《，并找出最小半径r,，确定此 时内接触点^。(2) 以步长e-e,，沿M,二Z^方向移动中心0，至Q，找出另外一个内接触点丄2 。(3) 确定移心步长e-e,，沿Z^方向移动测量中心^，且令1^ = /72，其中Z'是锐 角Z厶0,^角平分线上一点；如果此时出现内点，则判断并舍去无效内点，重复执行步骤(3);如果出现外点，令其为乓，继续执行步骤(4)。(4) 确定移心步长^min^,，e,」和移心方向"「^7，其中Z"是ZZ,C^角平分线 上靠近/Z,的一点；如果出现内点，则判断并舍弃无效点，而后重复步骤(4)，如果是 外点，则令其为//2，继续执行步骤(5)。(5) 判断四个接触点是否符合交叉准则，符合则继续执行步骤(6)，否则，舍去//,， 即令//^/^，跳转执行步骤(4)。(6) 根据确定的同心包容圆心来计算其半径差值/^,:max^」-min^]，本专利技术的，第三步中，对于孔组复合位置度的误差 评定，包括下列步骤1) 计算各个被测要素相对于各自理想位置沿坐标轴方向的偏移量/力，/;,;2) 计算各个被测要素相对于各自理想位置的位置度误差/" = 27^7^;3) 计算孔组位置度误差,=max {,,};4) 若/!S^，由各被测要素所对应的评定点构造评定各孔位置度误差的评定5) 寻找能够包容所有评定点的最小圆，即寻求最小包容圆的最优解，该圆的直径即为所 求的各孔位置度误差值/2。6) 若/2、？2，则评定复合位置度误差在公差范围内。 上述的，按照下列步骤寻求最小包容圆的最优解(1) 运用最小二乘法确定最小包容圆的初始中心Q，然后找出所有投影点到O,的最 大距离i ,，令该最远接触点为///;(2) 令/f, = ,并确定移心步长e = eA ，此时圆心为O,，得出第二个最远接触点;(3) 判断//,、 Q是否共线，即是否符合两点判别准则；若符合，则该圆心即 为所求，跳转执行步骤(6);否则继续执行步骤(4);(4) 令"2=^，其中//'是有效接触点和圆心夹角(Z^q//》角平分线上一点； 确定移心步长e-^，此时圆心为<92，得出第三个接触点/^;(5) 通过三点判别准则判定圆心Q是否被A/^i^/^所包容在内；是，则该圆心 即为所求圆心，继续执行步骤(6);否则，舍去无效点，跳转执行步骤(4);(6) 计算求得最小包容圆的直径。本专利技术具有如下的有益效果1) 根据公差的数学定义理论，提出用数学方法定义各种复合空间型面的公差语义， 并建立相应的误差评定数学模型。 '2) 针对几何误差检测的测量坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合空间型面几何误差评定方法，包括下列步骤：　第一步　读取待评定工件的三维ＣＡＤ模型，重构理想的工件模型；　第二步　测量待评定工件的几何数据，获取各个测量点的坐标信息；　第三步　针对待评定工件的包括空间直线度、圆 柱度、孔组复合位置度在内的几何误差评定项目，计算出被测型面的误差值。　第四步　将误差评定结果与读入的工件理想模型进行分析对比，采用彩色点云的形式显示加工误差信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何改云，郑惠江，刘健，范占前，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]