[發明專利]基于組合基元法的非理想模型裝配偏差算法

在審

• 申請號: 202210360078.9
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114676528A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 余劍峰;吳潤發;張賀;高百惠;童鑫;薛東;丁若冰;何澤豪;仝蘇晨;卜龍威;周江濤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了基于組合基元法的非理想模型裝配偏差算法，包括計算孔軸配合這一獨立基元的裝配偏差，計算一面兩銷裝配槽軸配合這一獨立基元的裝配偏差，按裝配過程中配合特征的先后配合順序將其依次定義為第一、第二和第三順位基元，計算組合基元的裝配偏差。本發明將平面貼合、孔軸配合與槽軸配合等串行裝配節點定義為不同的基元，解決了目前非理想模型裝配偏差預測的部分問題。

技術領域

本發明屬于機械裝配技術領域，涉及基于組合基元法的非理想模型裝配偏差算法。

背景技術

飛機產品性能與裝配質量密不可分，通常將裝配偏差作為一種裝配質量評價指標。裝配偏差預測需要構建包括零件和工藝信息的樣機，由于物理樣機容易出現廢件導致成本上升，數字樣機忽略了大量真實要素也難以滿足高精度產品的要求。因此，利用數字化技術充分結合真實要素，再現復雜產品實際偏差狀態，是當前制造業的一大研究熱點。數字孿生體系強調要對現場工況進行采集，并反饋到賽博空間里構建能實時反映零件真實形貌的非理想模型，在發覺現場可能出現的潛在風險時，及時制定糾偏決策以消減風險。實現這一目標需要兩個關鍵性要素：①能夠與實物狀態相匹配的非理想模型；②基于非理想模型的偏差分析。在過去的幾十年中，國內外學者針對零件的非理想模型構建做了大量研究，按其本質可劃分為兩類：一是基于模擬數據，利用函數對真實形貌進行表征；二是針對實測數據，通過多尺度分析，進行濾波與重構。

非理想數據的引入導致裝配偏差算法的計算基礎由名義特征變成了真實形貌。名義特征是建立在解析幾何上，基于連續體進行精確的量化計算，可以構建出嚴格的數學等式來表達平面或曲面，依據配合面法矢計算裝配偏差；真實形貌是建立在離散幾何上，基于離散點云做近似計算，通過優化算法不斷迭代求解裝配偏差，這兩類計算的依據已經發生了本質性變化。因此，尋求一種脫離理想數模而適用于真實形貌的裝配偏差精確算法很有必要。

文獻“用于機械系統精度預測的理想表面法”(王永，郭俊康，洪軍，王少鋒，《西安交通大學學報》，2011.12：104-110)將零部件的實際配合面抽象為理想配合面，在剛性條件下依據單位法矢量的變動范圍，實現對機械系統的精度預測。文獻“飛機非線性裝配偏差分析與容差協同分配方法研究”(唐文斌，西北工業大學，2015.5：77-82)針對配合約束向定位點約束轉化和零件定位模型求解，給出了定位點耦合偏差計算方法。文獻“基于數據配準的零件精密裝配最佳接觸狀態研究”(張體廣，張發平，閻艷，吳迪，王戈，郭少偉，《兵工學報》，2018.1：124-136)利用數據配準技術確定配合表面的接觸點，并基于粒子群優化算法求解最佳接觸狀態下的配合誤差。文獻“基于膚面模型的裝配誤差分析方法研究”(劉婷，浙江大學，2019.9：36-54)基于雅克比-膚面模型對常見的串、并行裝配場景做了偏差預測。

以上研究還存在一些不足：首先，真實零件上不同特征之間是存在拓撲關系的，因此表征不同特征的點云之間也存在約束關系，而現有研究將數據點看成孤立狀態，導致計算結果偏離實際；其次，這些研究主要針對平面貼合與孔軸配合，集中于串行裝配，ISO標準中將其分為7個基本類，它們之間有28種組合，且工程實際中多特征相互聯系與制約的并行結構也大量存在。

發明內容

本發明的目的是提供基于組合基元法的非理想模型裝配偏差算法，將平面貼合、孔軸配合與槽軸配合等串行裝配節點定義為不同的基元，解決了目前非理想模型裝配偏差預測的部分問題。

本發明所采用的技術方案是，基于組合基元法的非理想模型裝配偏差算法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、計算孔軸配合這一獨立基元的裝配偏差

步驟1.1、建立圓柱面與圓柱面配合的局部坐標系，以任一圓柱面的任一邊界圓圓心為坐標系原點，以原點指向該圓柱面另一邊界圓圓心的方向為Z軸正方向，以原點指向另一圓柱面的邊界圓圓心且垂直與Z軸的方向為X軸正方向，根據X、Z軸正方向得到Y軸正方向，建立圓柱面與圓柱面配合的坐標系；

步驟1.2、針對Z值對應截面的點云，構建孔、軸的最小包圍圓，得到其圓心；