一种以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法技术

本发明专利技术公开一种以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法，所述方法包括：根据空间旋转曲面建立坐标系；确定空间旋转曲面的测量范围，并在所述范围内选取多个极半径Ｒ；针对每一个极半径Ｒ，构建多个微三角形计算其所确定的平面的法向矢量，计算其重心坐标，并以该重心为目标点，运用等分度法对空间旋转曲面上的一条曲线进行测量；生成符合专业软件读取格式的数据文件；通过标准球实验分析该正三角形高ｄ的取值范围。采用本发明专利技术以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法可以对空间旋转曲面进行测量，且测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间曲面的自动化测量领域，尤指一种空间旋转曲面的测量方法。本专利技术适用于烟草机械如空间凸轮、叶片等零件中含空间旋转曲面的测量和逆向工程；同时也适用于我国航空航天、汽车制造及机械制造等领域对叶轮、叶片轮廓面的测量及其逆向工程等。
技术介绍
在三坐标测量机上用触发式测头完成空间曲面轮廓的精密测量，人工测量模式难以完成，必须设计测量程序，原因在于其轮廓面上所测点的法线难确定，测针难于沿其法线做补偿测量。 在现实的生产生活中，空间旋转曲面的应用范围广，在烟草机械设备中，典型的就是那些空间凸轮面、叶片面、各种复杂凸轮及完成各种高速运动功能的旋转面等；在机械制造业，如航空航天领域能完成空气动力学功能的叶片面、机床制造业的圆柱空间凸轮等；在航海中，如完成流体力学功能的叶轮轮廓面，它们对轮廓面的制造要求很高。在三坐标测量领域，测量软件系统一般都是国外产品，主要有PC-DMIS(美国)、TUTOR(意大利)、QUINDOS(德国)等，有的不开放测量程序设计，有的给出曲线面扫描功能如PC-DMIS CAD，但应用范围窄。实际上，测量机厂商很难设计出符合任何空间旋转曲面扫描要求的通用商品软件。部分先进的测量机有曲线面测量功能，但一般要借助于CAD模型，如PC-DMIS，没有CAD模型，一般要用数学方法处理测量数据，或使用相应的处理软件来完成，因此，对空间旋转曲面的测量难度较大。在目前科技信息中，也难于查询到用三坐标测量机完成空间旋转曲面的直接测量方法。 在逆向工程中，二维曲线的测量，可以采用关闭测针半径补偿的测量方法，以降低测试技术要求，再用应用软件如Prof、CAD/CAM等来完成等距曲线面生成，但获取该轮廓的数据文件也复杂；对三维空间旋转曲面而言，若关闭测针半径做测量，则在CAD/CAM中完成其等距曲面生成的难度大，对空间旋转曲面也一样。所以在实现空间旋转曲面的反求设计及计量检定等过程中，难度加大，例如，要研究或改进空间旋转曲面性能，不但要获取其轮廓坐标图形，还要获得轮廓数据文件等。 而在三坐标测量技术中，如果启动测针半径补偿，其测量理论要求测针沿着所测点的法向矢量趋近测量，否则将产生测量误差，或错误的测量结果。 综上所述，对空间旋转曲面的测量在三坐标测量领域是较难的，被称为几何量测试中的关键技术之一，作为三坐标测量商品软件，目前在国内还没有发现相关的应用或报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种能够精确测量空间旋转曲面的以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法。 为了解决上述问题，本专利技术所述以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法包括如下步骤 0)根据所述空间旋转曲面建立坐标系； 1)确定空间旋转曲面的测量范围，即所述空间旋转曲面上的点在坐标平面上的投影点的极半径R的取值范围，并在所述范围内选取多个极半径R； 2)针对每一个极半径R，构建多个微三角形计算其所确定的平面的法向矢量，以其重心坐标为目标点，运用等分度法对空间旋转曲面上的一条曲线进行测量，所述微三角形在坐标平面上的投影为一正三角形，其中一个顶点或该三角形的重心在坐标平面上的投影点的极半径为R。 3)生成数据文件，格式符合专业软件的读取格式； 4)通过标准球实验分析该正三角形高d的取值范围。 与现有技术相比，本专利技术所述的以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法的有益效果为 使测量机完成空间旋转曲面如空间凸轮、弧面分度凸轮、叶片及叶轮等轮廓面的测量，研究出了测量方法和设计程序。该专利技术应用于空间旋转曲面的测量逆向工程和计量检定，它和CAD/CAM结合，能扩大烟配件的制造范围和提高制造质量，可直接面对烟机上的进口核心部件，若再结合到多维NC机床和ERP，则该程序设计，能推动制造技术的信息化发展。由于其测量的精度取决于该微型三角形的微型化程度，因此，所述微型三角形投影在坐标面上的“正三角形”的高的大小决定着测量精度和效率；由于采用了等分度测量法，使得测量的理论位置确定，所以，利于做逆向工程和计量检定；由于采用了全自动的测量程序设计，测量过程、数据处理和数据文件生成均为自动化，因此，该方法和程序有高的测量效率；由于已经直接获取了轮廓的数据文件，因此，可以快速完成其在CAD/CAM中的建模和制造，并可用数据文件做反求分析；由于等分度测量法有高的等分准确度，所以，所生成的全部数据文件利于计量检定。程序应用简单方便，只需输入测量的初始值，即可自动执行测量。又由于测量目标点为通过该“微型三角形”计算重心坐标点得出，没有通过测量机采集，故测量效率与“测针球心坐标”为目标点相比，提高25％。 附图说明 图1为测量A点产生的测针补偿误差分析示意图； 图2为空间曲面的法线、微型三角形的构建以及正三角形的形成示意图； 图3为使用等分度法测量空间旋转曲面及构建正三角形测量重心的示意图； 图4为使用法向矢量V1以微三角形重心为目标点，测量空间曲面S上一点的示意图； 图5为标准球实验分析示意图； 图6为标准球实验中测针球心在XOY平面上的投影轨迹示意图； 图7为本专利技术应用于烟草机械中的空间凸轮测量的示意图； 图8为产生的轮廓数据文件导入CAD/CAM形成的空间曲线示意图； 图9为是本专利技术以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法的流程图； 图10为本专利技术图9中的所述步骤2)的进一步的分解步骤流程图； 图11为本专利技术图10所述的步骤25)的进一步的分解步骤流程图； 图12为本专利技术图10所述的步骤26)的进一步的分解步骤流程图； 图13为本专利技术图10所述的步骤22)的进一步的分解步骤流程图。 具体实施例方式 本专利技术以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法所应用的原理如下 测量机理论 由于在三坐标测量技术中，精密测量任何几何元素，都必须作测针半径补偿，测针必须沿着待测的轮廓面在该测量点的法线无障碍地趋近测量点测量，并在该法线矢量上做测针半径补偿，否则，将产生误差。如图1述，为测量空间曲面M上的点A示意图，P为所述空间曲面M在A点的切平面，N为所述空间曲面M在A点的法线，沿除N的矢量V1以外的任何矢量测量A点，如V2、V3，都将产生测针半径补偿误差，该误差是系统误差。因此，要完成法向矢量的计算。 构建微型三角形理论 如图2述，为局部空间轮廓曲面在空间解析几何中，对于任意曲面S而言，可以在该曲面上选择3点建立一个“微型Δabc”，使其在XOY平面上的投影为正ΔABC，该正ΔABC的中心M为4心合一，即其重心、垂心、外心及内心重合。由于正ΔABC中线AE、BF及CD的交点为M，“微型Δabc”顶点a、b、c在XOY平面的投影点为A、B、C，由平面几何可证，AB、BC以及CA边的中点E、F及D分别为“微型Δabc”上的点e、f、d在XOY平面上的投影点，且所述点e、f、d分别为也是其各边ab、bc、ca的中点，于是得“微型Δabc”中线交点为G，即为重心点，如图2，在四边形AEea中，由重心性质知AM/ME＝aG/Ge＝2，故可知，GM平行于eE，即可以说明M点为G点的投影。该结论为正ΔABC中心M再次投影到曲面S上时，至少成为“微型Δabc”的重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以微三角形重心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：　１）确定空间旋转曲面的测量范围，即所述空间旋转曲面上的点在坐标平面上的投影点的极半径Ｒ的取值范围，并在所述范围内选取多个极半径Ｒ；　２）针 对每一个极半径Ｒ，构建多个微三角形计算其所确定的平面的法向矢量，以其重心坐标为目标点，运用等分度法对空间旋转曲面上的一条曲线进行测量，所述微三角形在坐标平面上的投影为一正三角形，且其中一个顶点或该三角形的重心在坐标平面上的投影点的极半径为Ｒ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李存华，
申请(专利权)人：红塔烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]