[發(fā)明專利]一種基于K-means算法的數(shù)控磨齒機(jī)直線軸辨識(shí)測(cè)點(diǎn)選擇方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111254030.1
• 申請(qǐng)日: 2021-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114580489A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪榮晶;劉洋河;林曉川;孫小敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;B23F5/02
• 代理公司: 北京卓嵐智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 蔣真

本發(fā)明提供了一種基于K?means算法的數(shù)控磨齒機(jī)直線軸辨識(shí)測(cè)點(diǎn)選擇方法，基于K?means聚類分析算法，步驟如下：(1)分析數(shù)控磨齒機(jī)直線軸綜合幾何誤差產(chǎn)生機(jī)理，合理選擇立柱?砂輪剛體測(cè)點(diǎn)；(2)建立數(shù)控磨齒機(jī)直線軸9線法綜合幾何誤差辨識(shí)模型；(3)基于9線法測(cè)量原理，利用激光干涉儀測(cè)量直線軸綜合幾何誤差；(4)分析數(shù)控磨齒機(jī)靜力場(chǎng)特點(diǎn)，使用K?means聚類分析算法，合理選擇反映數(shù)控磨齒機(jī)直線軸定位精度的點(diǎn)作為最終測(cè)量點(diǎn)集方案。與現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)相比，本發(fā)明可以提高誤差辨識(shí)結(jié)果的穩(wěn)定性，并且達(dá)到減少測(cè)點(diǎn)、簡(jiǎn)化計(jì)算、優(yōu)化篩選出能反映數(shù)控磨齒機(jī)性能的測(cè)量點(diǎn)集的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控磨齒機(jī)直線軸綜合幾何精度辨識(shí)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化選擇方法，特別是涉及基于K-means算法的數(shù)控磨齒機(jī)直線軸辨識(shí)測(cè)點(diǎn)選擇方法。

背景技術(shù)

高端數(shù)控機(jī)床制造業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，其整體技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力重要體現(xiàn)。作為一種高效、精密的齒輪加工設(shè)備，大型數(shù)控成形磨齒機(jī)廣泛用于風(fēng)電、水電、核電、船舶、冶金、工程機(jī)械和航空航天等重型、大型裝備領(lǐng)域的大規(guī)格、高精度齒輪的大批量磨削加工。它具有磨削效率高，齒形加工精度高，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，運(yùn)行可靠，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域占有十分重要的地位。

影響其加工精度的所有誤差源總體上可以分為四大類：幾何/運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差、熱致誤差、力致誤差、以及其它誤差(刀具磨損和夾具誤差等)。正是由于以上多源誤差的存在且無(wú)法完全消除，數(shù)控機(jī)床的加工精度和穩(wěn)定性提升始終是一個(gè)研究熱點(diǎn)。

直線軸，作為數(shù)控磨齒機(jī)基礎(chǔ)部件，它的精度和穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)機(jī)床產(chǎn)品的重要指標(biāo)之一。市面上所有的數(shù)控機(jī)床在出廠之前，檢測(cè)員都會(huì)對(duì)其精度進(jìn)行標(biāo)定，以滿足客戶需求。那么，結(jié)合數(shù)控機(jī)床辨識(shí)模型，先后已開(kāi)發(fā)出“22線法”、“15線法”、“12線法”以及“9線法”等測(cè)量方法。其中，“9線法”具有測(cè)量線路少，調(diào)節(jié)鏡組方便，辨識(shí)方程簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但是，由于“9線法”并未對(duì)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行明確規(guī)定，解耦之后的結(jié)果穩(wěn)定性不高、某些誤差項(xiàng)偏差較大。所以，引入K-means聚類分析算法對(duì)直線軸“9線法”各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇，可以有效提高該方法的解耦的穩(wěn)定性以及減少某些解耦項(xiàng)的偏差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種數(shù)控磨齒機(jī)直線軸綜合幾何精度辨識(shí)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化選擇方法，基于K-means聚類分析算法，改進(jìn)了傳統(tǒng)“9線法”，對(duì)其測(cè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種基于K-means算法的數(shù)控磨齒機(jī)直線軸辨識(shí)測(cè)點(diǎn)選擇方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：分析數(shù)控磨齒機(jī)直線軸綜合幾何誤差產(chǎn)生機(jī)理，合理選擇磨齒機(jī)立柱-砂輪剛體共3點(diǎn)組成的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)集進(jìn)行分析；磨齒機(jī)立柱-砂輪剛體包括立柱、Z軸拖板、A軸拖板、砂輪修整器、電主軸、砂輪等裝配在立柱上的部分；

S2：計(jì)算磨齒機(jī)直線軸測(cè)量點(diǎn)集到床身坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)矩陣變換關(guān)系，建立數(shù)控磨齒機(jī)直線軸9線法綜合幾何誤差辨識(shí)模型；

S3：固定Y,Z,A,C軸不動(dòng)，每隔100mm線性來(lái)回移動(dòng)X軸立柱，基于9線法測(cè)量原理，利用激光干涉儀測(cè)量3點(diǎn)的6項(xiàng)綜合幾何誤差：1項(xiàng)定位誤差σ_xx、2項(xiàng)直線度誤差σ_yx和σ_zx、1項(xiàng)俯仰誤差ε_yx、1項(xiàng)偏擺誤差ε_zx和1項(xiàng)翻轉(zhuǎn)誤差ε_xx；

S4：分析數(shù)控磨齒機(jī)靜力場(chǎng)特點(diǎn)，使用K-means聚類分析算法，對(duì)其測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，將相似測(cè)量點(diǎn)聚為一類，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，合理選擇反映數(shù)控磨齒機(jī)直線軸定位精度的點(diǎn)作為最終測(cè)量點(diǎn)集方案，達(dá)到減少測(cè)點(diǎn)、簡(jiǎn)化計(jì)算、可以優(yōu)化篩選出能反映數(shù)控磨齒機(jī)性能的測(cè)量點(diǎn)集的目的。

所述步驟S1中，測(cè)量點(diǎn)集的選擇應(yīng)至少有1個(gè)點(diǎn)位于磨齒機(jī)立柱-砂輪剛體內(nèi)的不同部件位置。