[發(fā)明專利]基于實(shí)測點(diǎn)云分形融合的帶幾何誤差虛擬模型構(gòu)建方法

有效

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• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN110569539B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裘樂淼;李恒;張樹有;王自立;譚建榮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/17;G01B21/00;G01B21/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種基于實(shí)測點(diǎn)云分形融合的帶幾何誤差虛擬模型構(gòu)建方法，首先依據(jù)采樣定理對實(shí)際零件進(jìn)行表面部分點(diǎn)云采樣；接著利用變粒度殘差法求解表面三維分形維數(shù)；然后根據(jù)同異性判定，依據(jù)分形理論對零件進(jìn)行表面預(yù)重構(gòu)，再使用小波變換對預(yù)重構(gòu)表面進(jìn)行多尺度表面特征分解，并結(jié)合實(shí)際表面參數(shù)對不同頻率的表面成分進(jìn)行再重構(gòu)，提取低頻信號(hào)；最后得到融合實(shí)測點(diǎn)云的分形重構(gòu)模型。本發(fā)明可用于在虛擬環(huán)境中構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品表面模型，用于模擬幾何公差信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種虛擬裝配建模方法，具體涉及了一種基于實(shí)測點(diǎn)云分形融合的帶幾何誤差虛擬模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)械設(shè)計(jì)及制造水平的提高，機(jī)械加工零件的精度得到了極大的提高。然而零件表面的幾何誤差依然是不可避免的，機(jī)加工零件表面在微觀層面具有自相似性。不規(guī)則的起伏包含了組成零件表面形貌的輪廓信息，這種特征除了影響零件的精度外，還會(huì)影響零件的耐磨性、抗腐蝕性、抗疲勞強(qiáng)度等，此外在裝配層面直接決定了設(shè)備的裝配精度、產(chǎn)品性能。

因此在先于產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)中，獲取零件的真實(shí)、準(zhǔn)確的表面結(jié)構(gòu)信息，以模擬產(chǎn)品裝配關(guān)鍵表面甚至整個(gè)零件表面，預(yù)測產(chǎn)品的裝配性能，將產(chǎn)品的裝配預(yù)測提前至產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)階段之前，這對提高產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

虛擬樣機(jī)技術(shù)利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢以及可交互式探索虛擬物體功能，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬裝配，并對產(chǎn)品可裝配性能進(jìn)行分析。然而目前帶幾何誤差的虛擬樣機(jī)研究仍不充分。因此構(gòu)建帶幾何公差形狀的表面模型對利用虛擬模型研究機(jī)械產(chǎn)品裝配性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于實(shí)測點(diǎn)云分形融合的帶幾何誤差虛擬模型構(gòu)建方法，以解決機(jī)械產(chǎn)品虛擬裝配建模中幾何誤差信息缺失問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于實(shí)測點(diǎn)云分形融合的帶幾何誤差虛擬模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：

(1)利用坐標(biāo)測量儀對零件表面部分進(jìn)行點(diǎn)云采樣，得到點(diǎn)云采樣區(qū)域z(x,y)；點(diǎn)云采樣的精度為s，取粒度ε的初始值為2s；

(2)劃分殘差計(jì)算域z(r,t)，計(jì)算區(qū)域殘差均方根Δz(r,t)，從而得到殘差均方根F(ε)并保留，包括以下子步驟：

(2.1)將步驟(1)得到的點(diǎn)云采樣區(qū)域z(x,y)劃分為單元網(wǎng)格邊長為ε的元粒度網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，將一個(gè)單元網(wǎng)格區(qū)域作為一個(gè)殘差計(jì)算域z(r,t)，則在元粒度網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的x、y方向上分別有R、T個(gè)粒度為ε的殘差計(jì)算域z(r,t)，其中r＝1,2,...,R，t＝1,2,...,T；

(2.2)分別對殘差計(jì)算域z(r,t)內(nèi)部點(diǎn)進(jìn)行平面擬合，得到擬合平面z_ni(x_i,y_j)；計(jì)算各殘差計(jì)算域z(r,t)的區(qū)域殘差均方根Δz(r,t)，計(jì)算公式如下：

其中，nr,nt分別為殘差計(jì)算域z(r,t)在x,y方向上的點(diǎn)的數(shù)量；z(x_i,yj)為z(r,t)內(nèi)部點(diǎn)的實(shí)際高度值。

(2.3)根據(jù)步驟(2.2)得到的區(qū)域殘差均方根Δz(r,t)，通過下式計(jì)算殘差均方根F(ε)并保留：

(3)設(shè)計(jì)三條線計(jì)算路徑，分別劃分二維殘差計(jì)算域z(h)，計(jì)算二維殘差均方根F₂(ε)并保留，包括以下子步驟：

(3.1)設(shè)計(jì)三條線計(jì)算路徑，分別為沿步驟(1)得到的點(diǎn)云采樣區(qū)域z(x,y)的x軸方向、y軸方向以及與x,y軸成45°方向；以線計(jì)算路徑方向作為橫坐標(biāo)x′軸方向，將三條計(jì)算路徑投影到新的x′-z二維坐標(biāo)系中，則線計(jì)算路徑可表示為z(x′)；