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专利号: 2018100861507
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: 测量;测试
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:

1.一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:统一测量坐标系和工件坐标系,检测工件获得接触测量数据;

步骤2:根据接触测量数据计算测量点的加工偏差和超差量OT;

步骤3:如果测量点的OT均不为零,则转入步骤4,否则结束;

步骤4:选择超差曲面,得到表面旋转配准矩阵和表面平移配准矩阵,分别将其耦合到工件旋转配准矩阵和工件平移配准矩阵中;

步骤5:根据指定机床的拓扑结构和工件旋转配准矩阵计算工件坐标系的调整量;

步骤6:根据指定机床的工件坐标系重新调整工件定位;

步骤7:根据步骤5得到的调整量调整工件坐标系,检测工件获得接触测量数据,转入步骤2;

所述步骤2中加工偏差和超差量OT的计算方法如下:S1:设第n个面上第m个测量点的理论坐标为Pn_m(xn_m,yn_m,zn_m),实际坐标为P′n_m(x′n_m,y′n_m,z′n_m),测量方向为dn_m(in_m,jn_m,kn_m),加工偏差为:S2:定义第n个表面上的上、下偏差分别为 和 分解后得到上、下偏差在X、Y和Z方向上的分量

S3:每个测量点在X、Y和Z方向上的超差量如下:。

2.根据权利要求1所述的一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,所述接触测量数据包括具有确定检测方向的理论和实际测量点坐标、检测表面的测量矢量方向和公差。

3.根据权利要求1所述的一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,所述步骤4中表面旋转配准矩阵计算方法如下:设Sn为矢量v′n与vn所构成平面的法矢,θn为v′n与vn的夹角:T

Sn=v′n×vn=(in-S jn-S kn-S 0)  其中v′n为实际表面特征矢量,vn为理论表面特征矢量;θn=arccos(vn·v′n);

则表面旋转配准矩阵Rn为:

式中:

4.根据权利要求3所述的一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,所述步骤4中将表面旋转配准矩阵耦合到工件旋转配准矩阵方法如下:将Z轴定义为参考方向,实际表面特征矢量v′n可以通过Z轴和表面旋转配准矩阵Rn变换:

工件实际特征矢量v′为:

式中:N为测量特征面总数;

工件旋转配准矩阵R根据实际特征矢量v′和理论特征矢量v通过式(5)计算得到。

5.根据权利要求1所述的一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,所述步骤4中表面平移配准矩阵的计算方法如下:在计算过程中使用齐次坐标和齐次变换矩阵,平移矩阵由HTMT表示,旋转矩阵用HTMR表示,第n个曲面的测量点和特征矢量的变换表示为:式中: 为旋转配准后的测量点坐标;

为旋转与平移配准后的测量点坐标;

P′n_m=(x′n_m y′n_m z′n_m 1)T为初始实际测量点坐标;

T为工件平移配准矩阵;

第n个表面的平移配准矢量un:式中:M为测量点数量。

6.根据权利要求5所述的一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,所述步骤4中将表面平移配准矩阵耦合到工件平移配准矩阵的方法如下:式中:u为工件平移配准矩阵,Δx,Δy,Δz为工件在X/Y/Z三个方向上的平均配准距离。

7.根据权利要求3所述的一种基于测量点几何特征迭代配准的工件位姿调整方法,其特征在于,所述表面特征矢量包括平面法矢、圆柱面的轴矢和自由曲面的综合矢量;

S11:平面法矢计算过程如下:设第n个理论测量平面的方程为anx+bny+cnz+dn=0,则理论平面单位法矢v1n为:在第n个理论测量平面的理论测量点集Pn={Pn_m|m=1,...,M}中任意选取三个点P1(xn_1,yn_1,zn_1)、P2(xn_2,yn_2,zn_2)和P3(xn_3,yn_3,zn_3),其中M为总的测量点数目;通过下式得到参数an、bn、cn和dn;

根据式(13)和式(12)即得到理论平面单位法矢v1n;

对于第n个实际测量平面,其单位法矢v1′n通过拟合得到,拟合平面方程为:a′nx+b′ny+c′nz+d′n=0  (14)式中:a′n、b′n、c′n和d′n为参数;

第n个实际测量平面的测量点集P′n={P′n_m|m=1,...,M},构建如下函数:令 得到:

求解式(16)即得参数a′n、b′n、c′n和d′n;代入下式即可得到实际平面的单位法矢:S12:圆柱面的轴矢计算过程如下:将第n个理论圆柱面的单位轴矢定义为v2n=(in jn kn 0),其半径为Rn,Pn_k为轴线上某一点,αn_m为轴线与Pn_kPn_m之间的夹角,Pn_m到轴线的距离为Rn_m;

式中: Pn_k的坐标为

Rn_m与Rn之间的误差表示为:其中:

求解 使其结果最小即可获得参数in,jn,kn,即可得到理论柱面轴矢,其中,en=(en_1...en_M);

根据上述方法可得到第n个实际柱面的轴矢v2′n;

S13:曲面综合矢量计算过程如下:根据测量点Pn_k和Pn_m计算矢量vm_k:v1_k与其他vm_k之间的垂直向量vn_m_k为:第n个理论曲面的综合矢量v3n为:采用上述方法即可求得对应第n个实际曲面的综合矢量v3′n。