[發(fā)明專利]圓特征測(cè)量的形狀誤差分解方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010772330.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN111982052B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳岳坪;張安社;陸裔昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B21/20
• 分類號(hào): G01B21/20;G01B21/04;G06F17/14
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 周晟;文信家

本發(fā)明旨在提供一種圓特征測(cè)量的形狀誤差分解方法，包括以下步驟：A、對(duì)加工樣品獲取周期測(cè)量信號(hào)；B、對(duì)周期測(cè)量信號(hào)進(jìn)行傅里葉展開，得到周期測(cè)量信號(hào)的傅里葉展開式；C、選取幅值最大的傅里葉分量，采用鮑威爾最優(yōu)化方法的最小二乘目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合，得到優(yōu)化后的擬合表達(dá)式以及擬合值；D、將擬合表達(dá)式的值分別與步驟A中的各測(cè)量數(shù)據(jù)作差，得到各測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的擬合殘差；E、采用Jarque Bera檢驗(yàn)方法，對(duì)擬合殘差進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若殘差通過正態(tài)性檢驗(yàn)，則將擬合值與圓周半徑的理論值的差值可以作為系統(tǒng)誤差；若未通過正態(tài)性檢驗(yàn)，則再次進(jìn)行優(yōu)化，直至得到系統(tǒng)誤差。該方法具有計(jì)算過程優(yōu)化、精度高的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控加工領(lǐng)域的精確測(cè)量方法，具體涉及一種圓特征測(cè)量的形狀誤差分解方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，圓特征結(jié)構(gòu)如內(nèi)圓柱、外圓柱的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)其提出了更高的形狀誤差分析要求。圓特征結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工精度受很多因素影響，如工藝系統(tǒng)的制造誤差、機(jī)床變形、振動(dòng)誤差、刀具尺寸誤差及機(jī)床的熱變形誤差、編程誤差和加工方法引起的誤差等等，主要可分為系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差。在進(jìn)行圓特征的形狀誤差評(píng)價(jià)時(shí)，現(xiàn)有方法通常只是采用傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行展開并分析實(shí)際圓輪廓諧波特征，無法進(jìn)一步將形狀誤差中的系統(tǒng)誤差分解出來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種圓特征測(cè)量的形狀誤差分解方法，該方法克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，具有計(jì)算過程優(yōu)化、精度高的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種圓特征測(cè)量的形狀誤差分解方法，包括以下步驟：

A、對(duì)均勻遍布于加工樣品圓周的各測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到周期測(cè)量信號(hào)，該周期測(cè)量信號(hào)包括各測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，各測(cè)量數(shù)據(jù)包括圓周半徑的理論值、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差；

B、對(duì)周期測(cè)量信號(hào)進(jìn)行傅里葉展開，得到周期測(cè)量信號(hào)的傅里葉展開式，將傅里葉展開式中的各傅里葉級(jí)數(shù)按照幅值從大到小進(jìn)行排序；

C、選取幅值最大的傅里葉分量，采用鮑威爾最優(yōu)化方法的最小二乘目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合，得到優(yōu)化后的傅里葉分量的幅值和相位，從而得到擬合表達(dá)式以及擬合值；

D、將擬合表達(dá)式的值分別與步驟A中的各測(cè)量數(shù)據(jù)作差，得到各測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的擬合殘差；

E、采用Jarque Bera檢驗(yàn)方法，對(duì)擬合殘差進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若殘差通過正態(tài)性檢驗(yàn)，則將擬合表達(dá)式的值與圓周半徑的理論值的差值作為系統(tǒng)誤差，并將擬合殘差作為隨機(jī)誤差；若未通過正態(tài)性檢驗(yàn)，則在當(dāng)前選擇的傅里葉分量的基礎(chǔ)上，按排序增加若干幅值較小的傅里葉分量，再次采用鮑威爾最優(yōu)化方法進(jìn)行最小二乘擬合，得到再次優(yōu)化后的傅里葉分量的幅值和相位，從而得到擬合值，之后再進(jìn)行步驟D、E的操作，直至得到系統(tǒng)誤差及隨機(jī)誤差。

優(yōu)選地，所述的步驟A中的測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

ρ_i(θ)＝A+B_i+C_i；

其中A為圓周半徑的理論值，B_i為系統(tǒng)誤差，C_i為隨機(jī)誤差，其中i＝1,2,3,...L,L為測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目，θ為各測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓周角度。

優(yōu)選地，所述的步驟B中的周期測(cè)量信號(hào)的傅里葉展開式ρ_f為：

其中為直流分量，為傅里葉級(jí)數(shù)的幅值；k為諧波的次數(shù)，m為諧波的最大次數(shù)；a_k、b_k分別為第k次諧波的余弦和正弦分量的幅值；

為傅里葉級(jí)數(shù)的相位；

經(jīng)過排序后的傅里葉展開式為：