一种基于误差场的笔式绘图机精度补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于误差场的笔式绘图机精度补偿方法。通过校准绘图机输入误差场构造基本数据，构造绘图机工作台面的误差分布场。然后提取所有需要绘制的几何图形元素，判断图幅的大小，根据误差场分布，选择一个可以包容所有图形元素的绘图工作区域，保证在此位置的误差分布最小。根据每一个图形元素的起点、终点、以及其几何形状，分别对其进行误差补偿，同时，综合考虑现场温度和校准温度间的温度差所产生的工作台面变形误差进行温度补偿，经过两次补偿后的文件再进行后续的格式转换和图纸绘制。本发明基本消除了绘图机老化和工作现场温度对绘图精度的影响，提高了绘图机的绘图效率和使用寿命，减少了绘图机的维护费用和维修费用。

主权项

1.一种基于误差场的笔式绘图机精度补偿方法，其特征在于包括以下步骤：一、误差场构造基本数据输入：用激光干涉仪对绘图机进行校准，得到误差场构造基本数据：X1轴方向误差数据，X2轴方向误差数据和Y轴方向误差数据，其中X1轴方向是工作台水平上边缘方向、X2轴是工作台水平下边缘方向，Y方向是工作台垂直方向；二、误差场构造，分以下3步完成：1.网格化工作台面设绘图机工作台面为长P毫米、宽Q毫米的矩形区域，用激光干涉仪采样误差，在X1轴和X2轴方向上每dx毫米采样一次，采样次数为在Y轴方向每dy毫米采样一次，采样次数为dx和dy取值均为50～200mm；定义矩阵X[i][j]存储工作台面网格节点K[i][j]处的x坐标，矩阵Y[i][j]存储K[i][i]处的y坐标，矩阵Z[i][j]存储K[i][j]处的误差值，K[i][j]＝(X[i][j]，Y[i][j])；X[i][j]＝i×dx，Y[i][j]＝j×dy；其中i表示x向采样次数，j表示y向采样次数，2.构建X轴方向误差场其中p、q分别为拟合多项式中x、y的最高次数加1；将全区域X向以步进ex毫米将网格数据点细化，Y向以步进ey毫米将网格数据点细化，将细化后网格数据点的x和y坐标代入到上述公式中，得到细化后各网格点的Z_Δx值；3.构建Y轴方向误差场将全区域X向以步进ex毫米将网格数据点细化，Y向以步进ey毫米将网格数据点细化，将细化后网格数据点的x和y坐标代入到上述公式中，得到细化后各网格点的Z_Δy值；三、绘图区域选择，具体包括以下步骤：1.从笔式绘图机所采用的DXF文件的标题节中，读取DXF文件所代表模型的约束矩形框的大小L×W，即图幅面长L毫米，图幅面宽W毫米；2.步进参数确定读入图幅尺寸大小L×W后，通过以下规则确定扫描参数(ΔX，ΔY)：其中，m为X向扫描次数，n为Y向扫描次数，ΔX，ΔY为步进参数；3.计算每次图幅L×W包含网格点的误差和S[i][j]＝∑Z[i][j]，取最小值Min(S[i][j]，计算此时的绘图原点坐标(X_s＝i×ΔX，Y_s＝j×ΔY)，即得到最佳绘图区域原点坐标(X_s，Y_s)；四、误差补偿处理，分以下两步：1.通过对DXF文件的实体段进行解析，得到图纸中所有图元的几何信息；然后按照图元的类别对信息进行分类，并分别存储起来；2.DXF文件转换EIA文件中的图元补偿对于直线和圆：补偿前直线起始点：(X₀，Y₀)，终点坐标：(X₁，Y₁)；误差补偿后的起始点坐标：(X₀+Z_Δx，Y₀+Z_Δy)，终点坐标：(x₁+Z_Δx，Y₁+Z_Δy)；补偿前圆心坐标：(X₀，Y₀)，半径：R；误差补偿后的圆心坐标：(X₀+Z_Δx，Y₀+Z_Δy)，半径：R；对于圆弧：补偿前圆弧段起点和末点坐标：(X₀，Y₀)，(X₁，Y₁)；误差补偿后的起始点坐标点：(X₀+Z_Δx，Y₀+Z_Δy)，(X₁+Z_Δx，Y₁+Z_Δy)；对于多边线：补偿前各控制点坐标：(X₀，Y₀)，(X₁，Y₁)，……(X_n，Y_n)；误差补偿后各控制点坐标：(X₀+Z_Δx，Y₀+Z_Δy)，(X₁+Z_Δx，Y₁+Z_Δy)，……(X_n+Z_Δx，Y_n+Z_Δy)；对于样条曲线：指定逼近曲线分割线段的最大长度d，d＝0.30～1.00mm，将样条曲线离散为微小直线段，根据逼近精度的要求调整拟合线段的参数d，使得绘制的样条在绘制过程中满足精度要求，然后按照直线的转换误差补偿方法进行补偿；五、温度补偿处理步骤：根据校准温度T，获得工作台面的膨胀系数α；在工作环境温度为t时，台面(x，y)处误差为Z_Δxt＝α×(t-T)×x，Z_Δyt＝α×(t-T)×y；将Z_Δxt、Z_Δyt按照上述误差补偿处理步骤补偿至各点坐标进行补偿即可。