[發(fā)明專利]基于多軸聯(lián)動系統(tǒng)的復(fù)雜型面自適應(yīng)測量路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811614389.3
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109782815B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉陽鵬;丁建軍;李建蓉;王震;賀梓洲;陳鵬;蔣莊德
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.基于多軸聯(lián)動系統(tǒng)的復(fù)雜型面自適應(yīng)測量路徑規(guī)劃方法，其特征在于，該多軸聯(lián)動系統(tǒng)是由三懸臂梁和回轉(zhuǎn)主軸組成的四軸測量裝置，配備用于空間三維微動測量的精密掃描傳感器，構(gòu)成一套七軸四聯(lián)動測量系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：

步驟1：基本參數(shù)輸入

被測工件的基本參數(shù)包括特征參數(shù)、型線或型面的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)以及非球面工件的方程式；

步驟2：測量開始前，設(shè)定主動抽、從動軸和隨動軸；

步驟3：測量速度和采樣間距自動計(jì)算

根據(jù)輸入量計(jì)算測量范圍，并規(guī)劃測量速度和采樣間距；

步驟4：將測頭放置于測量起始位置

依據(jù)輸入的基本參數(shù)，操作軟件自動計(jì)算測量起始位置，并驅(qū)動測頭前往該位置；

步驟5：初始測量點(diǎn)路徑獲取

依據(jù)輸入的基本參數(shù)、軟件設(shè)定的移動窗口寬度、測量采樣檢測，獲取起始測量段的理論軌跡點(diǎn)坐標(biāo)，即為P₁、P₂、P₃、…、P_n，其中移動窗口寬度為分析點(diǎn)數(shù)量，即窗口插值點(diǎn)數(shù)，設(shè)為n；

步驟6：初始點(diǎn)測量

在采樣點(diǎn)滿足插值條件前，起測段的測量路徑按照理論軌跡實(shí)施規(guī)劃，即按照電子樣板路徑規(guī)劃方法完成初始測量點(diǎn)P₁、P₂、P₃、…、P_n的實(shí)際位置坐標(biāo)的檢測；

步驟7：定位移恒測力模式控制測頭運(yùn)動

在測頭由已測點(diǎn)向待測點(diǎn)掃描運(yùn)動的過程中，軟件與硬件控制其與工件保持接觸狀態(tài)，并處于預(yù)置變形狀態(tài)，一旦狀態(tài)偏離，系統(tǒng)根據(jù)偏離值的大小實(shí)時(shí)調(diào)整相關(guān)軸的位移，保證測頭處于預(yù)置變形狀態(tài)附近，從而使測針球心的運(yùn)動軌跡盡可能與被測表面變化吻合，實(shí)現(xiàn)測頭沿工件實(shí)際表面的仿形測量；

步驟8：移動窗口插值

窗口插值點(diǎn)數(shù)設(shè)為n，按照電子樣板路徑規(guī)劃的初始測量點(diǎn)即為P₁、P₂、P₃、…、P_n，其坐標(biāo)為(x_i,y_i),i＝1,2,3,…,n，對這n個(gè)點(diǎn)做三次樣條插值獲得點(diǎn)P_n+1′的坐標(biāo)及方向，插值間距即為采樣間距，P_n+1′點(diǎn)即為規(guī)劃所得的下一測量點(diǎn)；測球以直線插補(bǔ)的運(yùn)動控制方式從P_n點(diǎn)到P_n+1′點(diǎn)，測頭變形量沿規(guī)劃路徑的法向方向；測頭位移一個(gè)采樣步距后所在位置即為實(shí)際的被測點(diǎn)P_n+1的坐標(biāo)；隨后插值窗口向前移動，下一測量點(diǎn)的規(guī)劃位置由P₂、P₃、…、P_n、P_n+1這n個(gè)點(diǎn)插值獲得；當(dāng)測量第i個(gè)點(diǎn)時(shí)，其規(guī)劃位置由P_i-n、…、P_i-2、P_i-1插值獲得，直至完成測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多軸聯(lián)動系統(tǒng)的復(fù)雜型面自適應(yīng)測量路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，主動軸和從動軸的設(shè)定是由測型線或型面的數(shù)學(xué)特性決定的，隨動軸的設(shè)定參考下一測量點(diǎn)的法線方向；具體為，利用自適應(yīng)測量路徑規(guī)劃方法規(guī)劃出測頭下一測量點(diǎn)位置及法線方向后，按照主動軸和從動軸的數(shù)學(xué)關(guān)系，將運(yùn)動指令換算到測量系統(tǒng)圓柱坐標(biāo)系的四軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，通過多軸聯(lián)動實(shí)現(xiàn)規(guī)劃點(diǎn)的運(yùn)動；隨動軸選擇作用方向與規(guī)劃點(diǎn)法線方向一致或最為接近的運(yùn)動軸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多軸聯(lián)動系統(tǒng)的復(fù)雜型面自適應(yīng)測量路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3中，多軸聯(lián)動系統(tǒng)根據(jù)輸入?yún)?shù)計(jì)算工件的轉(zhuǎn)動慣量，依據(jù)轉(zhuǎn)動慣量和測量位置選擇測量速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多軸聯(lián)動系統(tǒng)的復(fù)雜型面自適應(yīng)測量路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟8中，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

三次樣條插值在每個(gè)小區(qū)間[x_i-1,x_i]上求函數(shù)s_i(x)

x∈[x_i-1,x_i]

其中M_i為x_i處二階導(dǎo)數(shù)值h_i＝x_i-x_i-1為子區(qū)間長度；

s_i(x)是由n個(gè)區(qū)間上的分段函數(shù)構(gòu)成，共有n+1個(gè)參數(shù)M_i，i＝0,1,2,3，…,n，這里選用自然三次樣條，其邊界條件滿足即M₀＝0，M_n＝0；

其求解參數(shù)方程組形式如下：

其中d_i＝6y[x_i-1,x_i,x_i+1]，i＝1,2,3…,n-1；

至此，求出每一插值段三次樣條函數(shù)，并根據(jù)采樣間距預(yù)測下一采樣點(diǎn)的值。