[發(fā)明專利]一種基于正交實(shí)驗(yàn)的平面度誤差評定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510178359.2
• 申請日: 2015-04-16
• 公開（公告）號: CN104751005B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王燦;許本勝;黃美發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林航天工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 石燕妮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于正交實(shí)驗(yàn)的零件平面度誤差評定方法，屬于精密計(jì)量與計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，可用于各種情況下幾何產(chǎn)品中平面度指標(biāo)的合格性檢測，并為加工過程與加工工藝的改進(jìn)提供指導(dǎo)。

背景技術(shù)

平面是機(jī)械零件中最常見的幾何要素之一，平面的精度對產(chǎn)品的質(zhì)量、性能以及裝配具有重要的影響。最小包容區(qū)域法通過尋找距離最小包容平行平面來獲得平面平面度，其評定結(jié)果接近理想值，符合國際標(biāo)準(zhǔn)對平面度的定義，目前，國內(nèi)外學(xué)者采用的方式主要有凸包法、計(jì)算幾何法、遺傳算法等。這些方法或多或少存在計(jì)算穩(wěn)定性差、計(jì)算效率不高、對采點(diǎn)數(shù)量的限制、計(jì)算結(jié)果精確不高等缺陷，導(dǎo)致最小區(qū)域法很難在實(shí)際檢測中應(yīng)用。目前市場上一般都采用成熟的最小二乘法近似地計(jì)算平面度誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是克服現(xiàn)有平面度誤差計(jì)算方法中存在的不足，設(shè)計(jì)了一種基于正交試驗(yàn)法的平面度誤差評定方法。本方法不僅提高了平面度誤差評定精度，而且算法穩(wěn)定性好、計(jì)算效率高，可以推廣應(yīng)用于其它形狀誤差評定中。

本發(fā)明依據(jù)正交試驗(yàn)法以少數(shù)分布均勻且整齊可比的點(diǎn)代替多數(shù)點(diǎn)、從而簡化計(jì)算過程的特點(diǎn)，將平面度的評定過程轉(zhuǎn)化為平面矢量方向(a,b,-1)中a、b的快速搜索過程。最終實(shí)現(xiàn)平面度誤差的快速精密評定。本發(fā)明主要包括以下步驟：

步驟1：將被測零件置于測量平臺上，在測量空間直角坐標(biāo)系中獲取被測平面的測點(diǎn)坐標(biāo)，P_i(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2，…，n，n為測量點(diǎn)總數(shù)且大于3；

步驟2：確定初始參考平面

根據(jù)被測平面的測點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算其在X軸、Y軸和Z軸方向的最大坐標(biāo)差，以其中較大的兩個坐標(biāo)差為搜索方向找出被測平面上的三個邊緣點(diǎn)P_a(x_a,y_a,z_a)、P_b(x_b,y_b,z_b)、P_c(x_c,y_c,z_c)，通過三邊緣點(diǎn)的面為初始參考平面，并求出其方向矢量；

步驟3：坐標(biāo)系平移旋轉(zhuǎn)

將坐標(biāo)系移至第一個邊緣點(diǎn)，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使新坐標(biāo)系的XOY平面與初始參考平面平行，即初始參考平面通過新坐標(biāo)系的原點(diǎn)、方向矢量為(0,0,1)，并計(jì)算各測量點(diǎn)在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

步驟4：在新坐標(biāo)系中確定實(shí)際參考平面z＝ax+by中的系數(shù)a、b的初始取值范圍

此時a、b的搜索區(qū)域?yàn)橐?0,0)為中心，邊長為2的正方形，即a、b的取值都在[-1,1]之間；

步驟5：以a、b為參數(shù)，創(chuàng)建L9正交表，根據(jù)點(diǎn)到面的距離公式計(jì)算正交表中9種不同a、b取值情況下各測量點(diǎn)到參考平面z＝ax+by的距離d_i和d_i的極值差f(a,b)，并找出極值差f(a,b)最小時對應(yīng)的a、b值；

步驟6：判斷正方形邊長是否小于1.0e-7，若是，則跳轉(zhuǎn)到步驟8，否則跳轉(zhuǎn)到步驟7；

步驟7：縮小搜索范圍并進(jìn)行新的計(jì)算

以步驟5中找出的f(a,b)最小值時的a、b值為中心，創(chuàng)建邊長縮小一半的正方形搜索區(qū)域；跳轉(zhuǎn)到步驟5；

步驟8：輸出最后一次正交表中平面度極值差f(a,b)的最小值，其值即為最終評定出的平面度誤差值T；將此時的平面方向矢量(a,b,-1)進(jìn)行步驟3中的坐標(biāo)逆變換即為原坐標(biāo)系中評定平面的矢量方向。

本發(fā)明的有益效果在于：本方法將正交實(shí)驗(yàn)用于平面度誤差的評定中，有效的加快了搜索過程，同時在精密要求增加時，計(jì)算量增加非常少，能有效、快速實(shí)現(xiàn)平面度誤差的快速精密評定。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)和應(yīng)用本發(fā)明公開的構(gòu)思，能夠容易地對本發(fā)明方案進(jìn)行各種變形和改變，應(yīng)當(dāng)注意的是，所有這些變形和改變都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的范圍。

具體實(shí)施方式

一種計(jì)算平面度誤差的方法，如附圖1所示，包括如下步驟：

步驟1：將被測零件置于測量平臺上，在測量空間直角坐標(biāo)系中獲取被測平面的測點(diǎn)坐標(biāo)，P_i(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2，…，n，n為測量點(diǎn)總數(shù)且大于3；

步驟2：確定初始參考平面