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专利号: 2018100818032
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,包括:进行点集匹配:设工件特征面实际测量点集P={Pi|i=1,2,…,n},理论测量点集Q={Qi|i=1,2,…,n},则P到Q的匹配表示为:式中,R为空间旋转变换矩阵,α、β、γ分别表示实际测量点相对于XYZ轴的旋转角度;T为平移变换矩阵,tx、ty、tz分别表示实际测量点相对于XYZ轴的平移量;

匹配流程如下:

Step1:获取测量点集Q和P;

Step2:在理论曲面与对应的实际曲面上分别选取3个对应的参考点,建立理论与实际局部坐标系;

Step3:初始匹配:通过局部坐标系的对齐实现初始匹配,并计算获取初始匹配矩阵R0和T0;

Step4:点集变换:利用下式对实际点集P进行变换,获得新的实际点集P';

P′=PR0+T0           (2)

Step5:精确匹配:采用SADE算法搜索最佳精确匹配矩阵R1和T1;

Step 6:按以下公式计算最终的变换矩阵R和T;

Step7:计算机床调整参数并对机床进行调整;

Step8:重新测量并获取新的点集P”,计算点集P”与理论点集Q之间的平均距离dist_ad,并与工件加工面容差ε进行比较,如果dist_ad≤|ε|,结束流程,否则令P'=P”,转至Step 

5重新计算。

2.根据权利要求1所述的基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,所述局部坐标系建立的方法为:在理论曲面上选取不共线的Q0,Q1,Q2作为参考点,在实际曲面选取不共线的P0,P1,P2作为参考点;根据上述参考点确定各局部坐标系XYZ轴单位方向矢量,据此建立局部坐标系,具体如下:设ia,ja,ka为实际局部坐标系XYZ轴单位方向矢量,P0为原点;it,jt,kt为理论局部坐标系XYZ轴单位方向矢量,Q0为原点;则有:根据公式(4)、(5)求得坐标系各轴的单位方向矢量,建立实际局部坐标系P0-XaYaZa和理论局部坐标系Q0-XtYtZt。

3.根据权利要求2所述的基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,所述初始匹配矩阵的求解方法包括:初始匹配通过局部坐标系P0-XaYaZa与Q0-XtYtZt的对齐实现,两坐标系与初始匹配矩阵之间存在以下关系:式中R0为初始匹配矩阵,其形式如下:

根据R0,实际曲面与理论曲面之间的方向误差,即实际测量点相对于理论坐标轴Xt,Yt和Zt的旋转角度α0,β0和γ0,如下式所示:式中,R0(i,j)为矩阵R0第i行第j列元素(i,j=1,2,3);

坐标系P0-XaYaZa相对于坐标系Q0-XtYtZt的平移量由下式计算得到:T0=μ-μ′0R0=[tx0 ty0 tz0]            (8)式中, 分别表示实际测量点集与理论测量点集的质心坐标。

4.根据权利要求3所述的基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,所述实际曲面与理论曲面之间的初始姿态误差通过下式所示姿态误差矩阵pose0描述:通过pose0能够直观地表示实际曲面相对于理论曲面的旋转角度值与平移量,理想情况下,实际曲面与理论曲面完全重合,因此pose0为零矩阵。

5.根据权利要求3所述的基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,所述精确匹配矩阵的求解方法为:精确匹配旋转变换与平移变换矩阵分别为R1和T1,其中:T1=[tx1 ty1 tz1]

初始匹配后,实际点集由P转换为P′={P′i|i=1,2,…,n},将精确匹配归结为一个最小化问题,依据最小二乘原理确定其目标函数如下:由式(10)知,目标函数包含α1,β1,γ1和tx1,ty1,tz1 6个变量,由式(8)可知,初始匹配后的实际点集P'相对于理论点集Q的平移量表示为:T1=μ-μ′1R1=[tx1 ty1 tz1],其中P'的质心坐标 因此最终的目标函数由式(11)表示;经降元处理,目标函数只含有α1,β1,γ1 3个变量;

6.根据权利要求5所述的基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,在所述精确匹配中,引入SADE算法对目标函数进行求解,其中的自适应变异算子如下式所示:式中,F为变异算子,F0为初始变异算子,Gm为最大进化代数,G表示当前进化代数。

7.根据权利要求1所述的基于测量点与自适应差分进化算法的工件姿态调整方法,其特征在于,所述Step7具体为:通过最终的空间变换矩阵R和T,根据五轴数控机床结构类型求解出对应机床的调整量,包括旋转轴的旋转角度以及平移轴的平移量;根据调整量对机床进行相应的调整,以使工件姿态与匹配结果一致,进而保证余量分布均匀;

在CZFXYB结构的五轴数控机床中,设绕C轴转角为ΔC,绕B轴转角ΔB,沿XYZ轴的平移量分别为Tx、Ty、Tz,则有:T=T0+T1=[Tx Ty Tz]       (14)由式(13)、(14)求得机床调整量ΔB、ΔC及Tx、Ty、Tz,实现机床的调整,进而完成工件姿态的调整。