基于恒定接触力的直纹面自适应测量方法

摘要

基于恒定接触力的直纹面自适应测量方法，涉及曲面零件测量。首先对被测表面进行网格划分，对被测复杂曲面单元节点进行接触力和测头坐标的获取，通过次梯度的大小和方向变化对其恒定接触力的探针位移变化进行预测；在进行表面测量时重复利用平行测量路径上单元节点的位置坐标，有效提高测量效率；无需更换测量硬件设备即可自适应完成由直纹面构成的复杂曲面测量，实用性强，可有效提高测量效率减少操作流程。能够实现基于恒定接触力的直纹面自适应的测量方法，同时，使用单元法对测点进行直接半径补偿，使用次梯度法预测第二个接触点的调节位移，在路径规划中，对单元交叉节点测量数据进行重复使用，有效提高了测量的效率。

主权项

基于恒定接触力的直纹面自适应测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)对被测表面进行x、z方向等间隔网格划分；2)移动测头至被测表面零件起始位置；3)沿着被测表面法向方向施加一个微小位移，通过探针刚度和位移量获取接触力大小，具体算法为：F_y＝(y₁‑y₀)×k_y其中，F_y为探针和被测表面接触力在坐标轴y轴方向上的分量；k_y为探针在测量坐标系y方向上的刚度；y₀为探头初始位置的y轴方向坐标值；y₁为施加微小位移后的探头y轴方向坐标值；4)根据零件装夹方式和其几何特征指定其沿着测量坐标系的运动路径方向；5)沿着指定路径方向移动探针到第二测量点附近区域，其位置为起始位置沿测量方向上位移长度为ε，调节接触力与起始位置处F_y相等，沿着指定路径垂直方向移动探针到第三测量点附近区域，其位置为起始位置沿测量方向垂直方向上位移长度为ε，调节接触力与起始位置处F_y相等；6)计算有限单元法向矢量：$\left\{\begin{array}{c}{n}_x=(y_1-y_0)(z_2-z_0)-(y_2-y_0)(z_1-z_0)\\ n_y=(x_1-x_0)(z_2-z_0)-(x_2-x_0)(z_1-z_0)\\ n_z=(x_1-x_0)(y_2-y_0)-(x_2-x_0)(y_1-y_0)\end{array}\right.$7)计算补偿后测量值：$\left\{\begin{array}{c}{x}_0^{\prime }=Q_x-n_x·x_0\\ y_0^{\prime }=Q_y-n_y·y_0\\ z_0^{\prime }=Q_z-n_z·z_0\end{array}\right.$其中，(x′₀，y′₀，z′₀)为补偿后接触点测量值，(Q_x，Q_y，Q_z)为探针实测点坐标值；8)计算沿测量方向上次梯度向量变化：$\frac{y^{(k+1)}-y^{\left(k\right)}}{{\alpha }_y^k}=g_y^{\left(k\right)}$其中，为y方向上的步长；9)根据次梯度变化预测下一测量点x、y、z方向上调节位移量；时，较上一测量点沿y轴向上倾斜；时，较上一测量点沿y轴向下倾斜；时，与上一测量点等高；时，形成凸点，减小测量步长重新测量；时，形成凹点，减小测量步长重新测量；10)测量下一单元至测量结束。