一种以测针球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测针球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，运用等分度法构建多个微三角形计算其所确定的平面的法向矢量，以测针球心坐标为目标点，运用等分度法对空间旋转曲面上的一条曲线进行测量；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所述方法可以对空间的旋转曲面进行测量，且具有高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间曲面自动化测量领域，尤指一种空间旋转曲面的高精度测量方 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逆 向工程，包括计量科学的研究等。
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)、TUT0R(意大利)、 QUIND0S(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测针球心坐标 为目标点测量空间旋转曲面的方法。 为了解决上述问题，本专利技术所述以测针球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，运用等分度法构建多个微三角形计算其所确定的平面的 法向矢量，以测针球心坐标为目标点，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，其中一个顶点或该微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测针球心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方 法的有益效果为 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。由于三坐标测量机有大的空间测量范围，多的测头空间位置，所 以，该专利技术可用于大范围的旋转曲面如叶片轮廓面的扫描。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的示意图； 图4为使用法向矢量V1以测针球心P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X0Y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为运用本专利技术所述测量方法测量叶片面的示意图； 图10为是本专利技术以测针球心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法的流程图； 图11为本专利技术图10中的所述步骤2)的进一步的分解步骤流程图； 图12为本专利技术图11所述的步骤25)的进一步的分解步骤流程 图13为本专利技术图11所述的步骤26)的进一步的分解步骤流程图； 图14为本专利技术图11所述的步骤27)的进一步的分解步骤流程图； 图15为本专利技术图11所述的步骤22)的进一步的分解步骤流程图； 图16为在标准球实验中上分析d值在XOY平面内测量点的投影轨迹示意图； 图17为本专利技术所述步骤2)中构建微三角形的示意图。具体实施例方式本专利技术以测针球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，精密测量仵何/L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上的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l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VI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△ abc ，使其在XOY平面上的投 影为正A ABC，该正A ABC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 △ ABC中线AE、 BF及CD的交点为M，微型A abc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A abc上的点e、f、d 在XOY平面上的投影点，且所述点e、 f 、 d分别为边ab、bc、 ca的中点，于是得微型A abc 中线交点为G，即为重心点，如图2，在四边形AEea本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以测针球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：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，运用等分度法构建多个微三角形计算其所确定的平面的法向矢量，以测针球心坐标为目标点，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微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】
一种以测针球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，运用等分度法构建多个微三角形计算其所确定的平面的法向矢量，以测针球心坐标为目标点，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微三角形的重心在坐标平面上的投影点的极半径为R。2. 如权利要求1所述的一种以测针球心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法，其特 征在于，所述方法还包括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测量精度及正三角形高d的取值范围。3. 如权利要求2所述的一种以测针球心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法，其特 征在于，所述步骤0)中，设Z轴为待测的空间旋转曲面的旋转中心，所述极半径R为空间旋 转曲面上的点在XOY平面上的投影点的极半径。4. 如权利要求3所述的一种以测针球心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法，其特 征在于，在所述步骤l)中，所述多个极半径R可以为一组等差数列，该数列的公差为测量机 中设定的测量变化量。5. 如权利要求3或4所述的一种以测针球心坐标为目标点测量空间旋转曲面的方法， 其特征在于，所述步骤2)中，对空间旋转曲面上的一条曲线的测量进一步包括如下步骤20) 设定或测量所述曲线的起点和终点的坐标参数；21) 确定等分度变化量e以及所述正三角形的高d;22) 计算待测曲线上测量点的个数M;23) 定义计数变量j， j = 0 ;24) 关闭测针半径补偿，选定垂直于投影面的方向余弦；25) 测量第Nj位置的点M1^ ;26) 测量第Nj位置的点M2^ ;27) 测量第Nj位置的点M3^ ;28) 计数变量j = j+1 ;29) 判断j是否大于2，如果j不大于2则返回步骤25)继续执行； 2A)启动测针半径补偿；2B)计算由Mlj—M3j及M3j—2三点所构成的微型三角形所在平面的法向矢量； 2C)以M2j为目标点，测针沿所述法向矢量做补偿测量，测量空间旋转曲面上一条曲线 的第j_2点；2D)判断j是否大于等于M，如果j小于M，则返回步骤24)继续执行...

【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]