[發明專利]一種基于勢能最小的裝配位姿計算方法

有效

• 申請號: 201710285408.1
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107016215B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 金鑫;劉志華;房燕;張之敬;張秋爽;張衛民
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01B21/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

本發明公開了一種基于勢能最小的裝配位姿計算方法，能夠獲得滿足實際工況的裝配零件間唯一的一組接觸點，不僅解決了平面之間的接觸問題，而且解決了柱面、球面等曲面與平面間、曲面與曲面間的接觸問題。該方法根據實際裝配工況建立勢能映射矩陣，將待裝配面在測量坐標下的點映射到裝配坐標系下并以勢能形式表征；在約束條件下，以空間微運動為變量，建立總勢能最小的優化模型，利用骨干粒子群算法獲得最優解，利用最優解逆求出測量坐標系下兩個零件的接觸點坐標值，獲得滿足實際工況的裝配零件間唯一的一組接觸點。

技術領域

本發明屬于精度預測及控制領域，具體涉及一種基于勢能最小的裝配位姿計算方法。

背景技術

對于精密機械系統，目前主要依靠改善零件加工精度和裝配經驗來提高裝配性能、精度及穩定性。隨著工業科技的發展，現代制造業對零部件的裝配精度提出了更高的要求，要求從系統制造的早期階段預測最終產品的精度與性能，這有利于提高裝配合格率、一致性及精度穩定性。研究表明對于精密/超精密零件的裝配，如果不考慮幾何誤差，對最終裝配精度的預測將會出現偏差。實際工程中，由于零件表面幾何誤差的存在，裝配中配合面的實際接觸面積要遠小于名義接觸面積，兩個裝配零件是通過配合點彼此接觸而不是整個接觸面全部接觸。因此，當裝配基準零件固定時，被裝配零件的空間位姿取決于配合點的位置，而被裝配零件的空間位姿決定了裝配體的裝配精度。所以，如何確定兩個帶有形狀誤差的裝配表面之間的配合點是進行裝配精度預測與控制首要解決的問題。通過確定配合面配合點，可以分析配合面接觸狀態，對裝配角度、裝配件等進行優化，指導實際裝配過程，從而實現裝配精度的控制。因此，基于形狀誤差的配合點的研究具有重要意義，配合面配合點準確快速的搜索是實現裝配精度預測與控制的基礎。

目前國外的研究中，一種方法為將隨機表面視為兩組具有高斯分布的隨機變量，給出統計意義的接觸面積，但該方法不能給出實際的配合點，無法指導裝配，另一種方法是使用模態振型重構隨機表面，并將兩個接觸表面疊加在一起重構成一個差表面，在差表面上找到距離基準距離最近的兩個點作為配合點，但該方法獲得的配合點的解不唯一，其中，北京理工大學利用差平面算法，提出了自適應的搜索最小值的方法確定配合點，但對于兩個隨機表面的三維配合點搜索時，其滿足搜索方法的解不唯一，研究并未給出取舍方法。此外，對于柱面、球面等曲面與平面間、曲面與曲面間的接觸問題，上述方法均無法求得三維配合點；最后，上述研究中的方法均未進行配合點之間的距離誤差的分析，難以應用于實際工程計算中。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于勢能最小的裝配位姿計算方法，能夠獲得滿足實際工況的裝配零件間唯一的一組配合點，不僅解決了平面之間的接觸問題，而且解決了柱面、球面等曲面與平面間、曲面與曲面間的接觸問題。

實現本方案的具有步驟包括：

步驟一、利用測量機分別測量兩個待裝配零件的配合表面，獲得測量坐標系下所述配合表面的測量數據，分別記為S1(x_1i，y_1i，z_1i)、S2(x_2i，y_2i，z_2i)，其中，i取正整數，S1(x_1i，y_1i，z_1i)與S2(x_2i，y_2i，z_2i)呈配合點對；

步驟二、根據實際工況建立裝配坐標系，計算勢能映射矩陣M_r，其中，勢能映射矩陣為測量坐標系相對于裝配坐標系的三維空間變換矩陣，M_r＝M_xr×M_yr×M_zr；M_xr、M_yr、M_zr分別為測量坐標系相對于裝配坐標系的x、y和z軸方向的轉動和平移的矩陣，r為兩個待裝配零件的序號,r＝1、2；