[發(fā)明專利]一種基于坐標(biāo)原點(diǎn)平移的復(fù)雜構(gòu)件加工剩余壁厚自適應(yīng)補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111243839.4
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN114001683B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海波;鄧平;高斯佳;呂佳芮;薄其樂;劉爭;王永青
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B15/02
• 分類號: G01B15/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

1.一種基于坐標(biāo)原點(diǎn)平移的復(fù)雜構(gòu)件加工剩余壁厚自適應(yīng)補(bǔ)償方法，其特征在于，該方法首先將超聲測厚裝置固定在機(jī)床主軸上，獲取構(gòu)件外廓測點(diǎn)坐標(biāo)和對應(yīng)點(diǎn)壁厚數(shù)據(jù)；其次，生成構(gòu)件壁厚模型，根據(jù)要求的壁厚計(jì)算實(shí)際目標(biāo)曲面，將實(shí)際目標(biāo)曲面與待加工目標(biāo)曲面進(jìn)行點(diǎn)云匹配，建立剩余壁厚關(guān)聯(lián)的待加工目標(biāo)曲面；再次，通過計(jì)算待加工目標(biāo)曲面中心與原始坐標(biāo)中心的位置平移量完成修調(diào)量解算；最后，根據(jù)平移量進(jìn)行加工代碼補(bǔ)償修正；具體步驟如下：

第一步，構(gòu)件毛坯壁厚在機(jī)獲取

刀柄(2)裝于機(jī)床主軸(3)上；超聲測厚裝置(1)由刀柄(2)進(jìn)行夾持，沿軌跡a掃描測量；超聲測厚裝置(1)通過超聲線纜(4)與計(jì)算機(jī)(5)連接，計(jì)算機(jī)(5)實(shí)時(shí)完成對超聲測厚裝置(1)所得信號的處理，獲取刀柄(2)所在機(jī)床坐標(biāo)系測點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)P＝{P_j(x_j,y_j,z_j)，j∈[1,n]}及測點(diǎn)處毛坯壁厚數(shù)據(jù)H＝{h_j,j∈[1,n]}；其中，P_j表示第j個測點(diǎn)坐標(biāo)；h_j表示P_j對應(yīng)點(diǎn)處毛坯壁厚，n為刀柄所在機(jī)床坐標(biāo)系所有測點(diǎn)個數(shù)；

第二步，加工余量包容性分析

通過Shepard局部插值函數(shù)將測點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)P構(gòu)造得到構(gòu)件外表面輪廓S₁；基于毛坯壁厚數(shù)據(jù)H，在構(gòu)件外表面輪廓S₁的法線方向向內(nèi)構(gòu)建壁厚，得到構(gòu)件實(shí)際內(nèi)輪廓面S₄；已知設(shè)計(jì)壁厚數(shù)據(jù)H’，在實(shí)際內(nèi)輪廓面S₄的基礎(chǔ)上沿法方向向外構(gòu)建壁厚，得到實(shí)際目標(biāo)曲面S₂；

待加工目標(biāo)曲面S₃具有幾何不變性，通過與實(shí)際目標(biāo)曲面S₂進(jìn)行點(diǎn)云匹配確定位置；令實(shí)際目標(biāo)曲面S₂的坐標(biāo)數(shù)據(jù)Q為目標(biāo)點(diǎn)云，待加工目標(biāo)曲面S₃在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)L為源點(diǎn)云；源點(diǎn)云經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T變換后與目標(biāo)點(diǎn)云重合；

對源點(diǎn)云L經(jīng)空間變換后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)G構(gòu)造得到待加工目標(biāo)曲面S₃；此時(shí)待加工目標(biāo)曲面S₃與構(gòu)件外表面輪廓S₁在法向上的對應(yīng)點(diǎn)距離即為對應(yīng)點(diǎn)處加工余量；

第三步，坐標(biāo)原點(diǎn)平移量解算

計(jì)算實(shí)際內(nèi)輪廓面S₄中心點(diǎn)O₁(x₁,y₁,z₁)，以此基準(zhǔn)進(jìn)行壁厚的修調(diào)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件整體壁厚的最優(yōu)，最終保證加工的精度與質(zhì)量；實(shí)際內(nèi)輪廓面S₄中心點(diǎn)O₁(x₁,y₁,z₁)到待加工目標(biāo)曲面S₃中心點(diǎn)O₂(x₂,y₂,z₂)之間的平移量即為坐標(biāo)原點(diǎn)平移量；其中，待加工目標(biāo)曲面S₃中心點(diǎn)O₂(x₂,y₂,z₂)坐標(biāo)值在X、Y坐標(biāo)系下取得；只考慮坐標(biāo)點(diǎn)在同一水平面內(nèi)的平移，平移量Δx＝x₂-x₁，Δy＝y(tǒng)₂-y₁；

第四步，加工代碼補(bǔ)償修正

利用數(shù)控系統(tǒng)提供的6個構(gòu)件坐標(biāo)系G54～G59進(jìn)行加工代碼補(bǔ)償修正；若構(gòu)件半精加工在G54坐標(biāo)系里面對刀，則精加工時(shí)首先修改刀路程序，采用不同的坐標(biāo)系，輸入平移量從而設(shè)定平移后的坐標(biāo)系：

G5·X(Δx) Y(Δy) (3)

其中，G5·表示G55～G59坐標(biāo)系；Δx，Δy為G5·坐標(biāo)系原點(diǎn)在G54坐標(biāo)系中的x軸和y軸坐標(biāo)；

將式(3)所示命令增加在加工刀路軌跡代碼起始位置，在此坐標(biāo)系下繼續(xù)精加工刀路完成加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步中，由于目標(biāo)點(diǎn)云和源點(diǎn)云經(jīng)空間變換后無法完全重合，最小化一個目標(biāo)函數(shù)F判斷是否滿足匹配精度要求；計(jì)算目標(biāo)函數(shù)F：

其中，F(xiàn)為目標(biāo)點(diǎn)云Q與源點(diǎn)云L經(jīng)點(diǎn)云匹配后的平均距離；點(diǎn)q_i(x_i,y_i,z_i)，l_i(a_i,b_i,c_i)為分別屬于目標(biāo)點(diǎn)云Q和源點(diǎn)云L的兩個坐標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成的第i對匹配點(diǎn)坐標(biāo)，i∈[1,t]，t為目標(biāo)點(diǎn)云Q和源點(diǎn)云L全部匹配點(diǎn)對數(shù)；設(shè)與分別為目標(biāo)點(diǎn)云Q與源點(diǎn)云L中心點(diǎn)坐標(biāo)；中心點(diǎn)的x，y，z軸坐標(biāo)通過對一組坐標(biāo)數(shù)據(jù)內(nèi)所有坐標(biāo)點(diǎn)x，y，z軸坐標(biāo)分別求均值所得；

計(jì)算滿足匹配精度的閾值k：