[發明專利]改進的基于Bezier參數空間包絡的公差建模方法

有效

• 申請號: 202010521729.9
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111814267B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 羅晨;聶家齊;周怡君
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F17/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了改進的基于Bezier參數空間包絡的公差建模方法，包括步驟為：步驟1，理想工件模型描述；步驟2，公差與控制點變化量之間關系的確定：通過對現有公差與控制點變化量之間的關系式進行重新推導，使得控制點的超球可行域變化為超橢球可行域；步驟3，半軸上限約束；步驟4，半軸長度求解；步驟5，定義“最差情況”公差和統計公差：根據步驟4求解得到的半軸長度，建立獲得超橢球可行域，再使用超橢球可行域對“最差情況”公差和統計公差進行定義。本發明通過將控制點的超球可行域變化為超橢球可行域，從而放大了控制點的變化范圍，同時保證零件的變化仍100%落在公差范圍內，此外還基于超橢球可行域定義了統計公差。

技術領域

本發明涉及機械公差數字化技術領域，特別是一種改進的基于Bezier參數空間包絡的公差建模方法。

背景技術

公差是零件設計和裝配的重要組成部分，它在產品質量和制造成本方面起著關鍵作用。

目前尺寸和形位公差主要采用ASME Y14.5標準，該標準克服了傳統文字和圖形表示方式的二義性，方便了計算機輔助公差表示和設計的實現。接著國際化標準組織提出了新一代GPS(Geometrical Product Specifications and Verification)標準體系，大大提升了公差分析和設計在計算機中表示、處理和數據傳遞。大量研究者們針對標準體系，提出了多種公差建模方法，例如工藝拓撲關聯表面法(TTRS)、小位移旋量法(SDT)、公差映射法(T-Map)、矩陣法、雅克比旋量法、矢量環法等，這些方法有效表示了公差語義信息，并作為一個全面模型用于公差規范、分析和綜合，同時在商業化軟件中得到了應用，但是上述這些方法并未考慮形狀誤差，因此不適用于表述曲線/面形狀特征的輪廓度公差。為此，研究者嘗試從造型技術、模態分解、表皮模型方面建立工件的形狀誤差。

申請人于2018年申請的CN201811407446.0的中國發明專利，其發明名稱為“基于外圍Bezier參數空間的公差建模方法”，該專利通過將理想工件嵌入一個外圍Bezier參數空間，并以外圍參數空間的控制點表述工件，通過改變控制點的位置，改變外圍參數空間，從而間接地改變被嵌入工件的尺寸、形狀和位置。該方法中，盡管保證了控制點在超球形狀的可行域變化，工件必定在公差范圍內，然而，控制點的超球可行域過于嚴格，導致公差范圍定義嚴格，會使得工件加工成本上升。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種改進的基于Bezier參數空間包絡的公差建模方法，該改進的基于Bezier參數空間包絡的公差建模方法通過將控制點的超球可行域變化為超橢球可行域，從而放大了控制點的變化范圍，同時保證零件的變化仍100％落在公差范圍內，此外還基于超橢球可行域定義了統計公差。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種改進的基于Bezier參數空間包絡的公差建模方法，包括如下步驟。

步驟1，理想工件模型描述：建立理想工件的外圍Bezier參數空間，并采用外圍Bezier參數空間的控制點描述理想工件模型；

步驟2，公差與控制點變化量之間關系的確定：基于步驟1建立的外圍Bezier參數，確定工件公差Tol與控制點變化量△p之間的關系，如式(4)所示：

其中，A為關于Bernstein基函數和法向量的相關矩陣；h為理想工件表面上的采樣點數目；

步驟3，半軸上限約束：每個控制點的變化范圍，在滿足(4)式時，將構成為一個超橢球可行域，超橢球可行域具有若干個半軸，若干個半軸的長度分別為r₁、r₂、……、r_x；其中，x≤3lmn，l、m、n分別為理想工件模型中Bernstein多項式的次數；假設r_max為所有半軸長度的最大值，則r_max需滿足下式要求：