專利名稱：變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線輪廓誤差評(píng)定方法，尤其涉及變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定方法，屬于精密計(jì)量與計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
形狀誤差的大小對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及其使用壽命至關(guān)重要，實(shí)現(xiàn)形狀誤差快速、準(zhǔn)確的評(píng)定，具有重要的實(shí)際意義。評(píng)定形狀誤差有多種方法，以直線度誤差評(píng)定為例，評(píng)定方法有最小區(qū)域法、最小二乘法、兩端點(diǎn)連線法，但各種方法得出的結(jié)果都不相同，甚至差異很大，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)誤收或誤廢，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0/1101和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1958-2004都規(guī)定，形狀誤差值用包容實(shí)際被測(cè)要素且具有最小寬度f或最小直徑Φι的包容區(qū)域來表示(簡(jiǎn)稱最小區(qū)域法)，并以此為仲裁方法。以最小區(qū)域法評(píng)定形狀誤差，能夠在不改變硬件設(shè)備的前提下，提高測(cè)量設(shè)備的檢測(cè)精度。隨著內(nèi)燃機(jī)性能和可靠性不斷提高，對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞裙部外形型面的設(shè)計(jì)要求越來越高，其設(shè)計(jì)方法也不斷得到發(fā)展與完善，傳統(tǒng)的正圓柱、正圓錐外形的活塞已基本不用， 取而代之的是外輪廓形狀更趨復(fù)雜的新型活塞，其中以中凸變橢圓活塞最為常見。采用中凸變橢圓活塞裙可以增加活塞與氣缸套的接觸面積，減少熱應(yīng)力，降低活塞和氣缸套的敲擊聲，減輕氣缸套穴蝕，減少竄氣竄油，從而降低整機(jī)噪聲和機(jī)油消耗率，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。中凸變橢圓活塞特點(diǎn)是活塞裙部不同高度上的橫截面輪廓形狀為不同的橢圓，即橫截面的橢圓度在裙部高度方向上是變化的，同時(shí)，橢圓長(zhǎng)短軸方向也可能變化，活塞軸剖面輪廓形狀是一條中凸曲線。變橢圓活塞幾何形貌精度評(píng)價(jià)不僅包括圓度、圓柱度、直線度等典型形狀誤差的測(cè)量和評(píng)定，更重要的是要解決其裙部輪廓形狀誤差的測(cè)量和評(píng)定問題。 由于變橢圓活塞形狀的復(fù)雜性，從而使其幾何形貌精度的評(píng)價(jià)成為一個(gè)難題。而現(xiàn)有的變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差評(píng)定方法都采用最小二乘法，由于最小二乘法提供的僅是形狀誤差的近似評(píng)價(jià)結(jié)果，并不保證解的最小區(qū)域性，按最小二乘法計(jì)算的結(jié)果比最小區(qū)域法求得結(jié)果大1.8% 30%，平均過估計(jì)為10%，因而不適宜于精密、超精密零件評(píng)定。綜合上述分析，當(dāng)前對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究工作存在的不足主要是缺乏能夠?qū)ψ儥E圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差進(jìn)行高效、精確測(cè)評(píng)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服現(xiàn)有變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差評(píng)定模型和算法的不足，建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓形狀誤差最小區(qū)域評(píng)定模型；提出變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓形狀誤差最小區(qū)域評(píng)定方法，克服了傳統(tǒng)方法采用最小二乘評(píng)定模型，對(duì)誤差產(chǎn)生過估計(jì)，導(dǎo)致合格品的誤廢。本方法不僅提高了變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差評(píng)定精度，而且算法簡(jiǎn)單靈活，可以推廣應(yīng)用于其它形狀誤差評(píng)定中。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定方法，包括如下步驟
步驟1以測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο為測(cè)量坐標(biāo)系xoy的中心建立測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy， 將被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓置于測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy中且被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長(zhǎng)軸與ox軸之間的夾角Φ。為-10° ( Φ0<10°，測(cè)量并獲取變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓上點(diǎn)Pi (Xi，yi)并將測(cè)得的點(diǎn)Pi (Xi，yi)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)Pi (ri; θ》， i = 1，2，...，η，η為測(cè)點(diǎn)數(shù)目且η為正整數(shù)，Xi和分別為測(cè)點(diǎn)Pi在測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy 下的坐標(biāo)值，A和Qi為測(cè)點(diǎn)Pi相對(duì)測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο的半徑和極角，步驟2由變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓并以O(shè)’為設(shè)計(jì)中心，再以變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的設(shè)計(jì)中心O’為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)系X' o' y'，再將測(cè)點(diǎn)Pi的坐標(biāo)(ri; θ J 轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)系χ' o' y'所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)極坐標(biāo)系下映射點(diǎn)P' ^勺極坐標(biāo)&‘
θ ‘ i)，并計(jì)算得到設(shè)計(jì)極坐標(biāo)系下的同一極角下的映射點(diǎn)P' 極半徑r' 1與設(shè)計(jì)點(diǎn) A的極半徑Ii之差Si，并由此建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定模型， 得到目標(biāo)函數(shù)值為f = min (max ( ε J -min ( ε ^)其中，ε, =Vi-Ii= η - {γ-[1 -cos2(6 ,-φ0) + 2sin(2(《-φ0))εsin(《-Θ0)Ιη +$ (1 - cos 4(《-鉻)+ 4 sin(4 ⑷-φ0 ))e sin ⑷-θ0)/r)]}r; = ψ' +e2 -IeriCos(Oi-O0)其中e為測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο與橫截面線輪廓設(shè)計(jì)中心O’之間距離并稱為安裝偏心，θ ^為00’與OX軸夾角并稱為偏心角，(K為被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長(zhǎng)軸與OX軸之間的夾角，D為變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓長(zhǎng)軸直徑，d為變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓短軸直徑，β為鼓度系數(shù)，G = D-d稱為橢圓度，步驟3使用粒子群算法求解變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域解、參數(shù)最優(yōu)值及橢圓度步驟3. 1隨機(jī)產(chǎn)生粒子的初始位置和初始速度選擇粒子大小popsize為20的種群，以1 X 6維的實(shí)數(shù)向量為種群中的第j個(gè)粒子的位置POSj, j = 1,2,... ,20,H j個(gè)粒子的位置表示為POSj = (alj;
a2j' a3j' a4j' a5j' a6j/ ‘
其中 」，a2J, a3J, a4J, a5J, a6J分別為對(duì)應(yīng)θ。，e，φ。，β，D，d的可能取值，以另一 1X6維的實(shí)數(shù)向量為種群中的第j個(gè)粒子的速度，表示為Vj = ^lj, b2J, b3j，b4j，b5j，b6j)，其中、， b2J, b3J, b4J, b5J, b6J分別為對(duì)應(yīng)粒子在θ。，e，φ。，β，D，d上的飛行速度，在[-0. 5，0. 5]數(shù)值區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生20個(gè)粒子的Eilj, a2J, a3J, a4J,在 [-0. 5+max (r》，0. 5+max (r)]數(shù)值區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生20個(gè)粒子的 」，max (Γ )為所有測(cè)點(diǎn)相對(duì)測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο的半徑Α的最大值，在[-0. δ+πι η^,Ο. δ+πι η^)]數(shù)值區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生20個(gè)粒子的 ，min(ri)為所有測(cè)點(diǎn)相對(duì)測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο的半徑A的最小值， 以產(chǎn)生的 」，a2J, a3J, a4J, a5J, a6J作為第j個(gè)粒子初始位置;，Ρ。 為第j個(gè)粒子在第t代的位置，令t = 1，第j個(gè)粒子初始位置;進(jìn)入粒子迭代，并根據(jù)隨機(jī)產(chǎn)生的粒子初始位置
Ρο ，計(jì)算粒子初始位置的目標(biāo)函數(shù)值/(PO，選取初始位置目標(biāo)函數(shù)值最小的粒子的位置作為第一代全局最佳粒子位置gbestS t = 1 ；第j個(gè)粒子初始位置作為第j個(gè)粒子第一代的局部最佳粒子位置；^<進(jìn)入粒子迭代，t = 1，j = 1，2，. . .，20，在[-0. 05,0. 05]數(shù)值區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生20個(gè)粒子的、，b2J, b3j，b4j，b5j，b6J作為初始速度ν)，t = 1，第j個(gè)粒子初始速度ν)進(jìn)入粒子迭代，第j個(gè)粒子至第t代以前搜索到的最優(yōu)位置稱為粒子j第t代的局部最佳粒子位置珅，整個(gè)粒子群至第t代以前搜索到的最優(yōu)位置稱為第t代的全局最佳粒子位置 gbest、步驟3. 2采用濃縮因子法修改粒子速度第j個(gè)粒子在迭代的第t代采用如下濃縮因子法修改速度VtJx = Kiytj + ClTandtl Qpbesttj - pos'j) + c2rand[ (gbest' - pos'j))
\2-φ-^φ2-Αφ式中ν)，；^分別為第j個(gè)粒子在第t代的速度和位置，和r 叫'分別為在第t 代隨機(jī)產(chǎn)生的1X6維向量，向量中的每一元素在
區(qū)間隨機(jī)產(chǎn)生，C1, C2為加速因子， 分別決定第j個(gè)粒子向局部最佳粒子帕d)和全局最佳粒子gbest方向飛行的相對(duì)拉力，K 為濃縮因子，C1, C2滿足P = q+ 吵為加速因子的和，加速因子C1, C2和濃縮因子K取值分別為 2. 05，2. 05 和 0. 73，步驟3. 3用步驟3. 2得到修改后的速度v)+1改變粒子位置在迭代的第t代，將第j 個(gè)粒子位置;修改為pos'/1 = pos'j +ν'/1 AtAt是時(shí)間步長(zhǎng)，設(shè)置為1，步驟3. 4計(jì)算粒子位置改變后的所有粒子目標(biāo)函數(shù)值/(；^)+1)計(jì)算第j個(gè)粒子位置改變?yōu)閊<后的粒子目標(biāo)函數(shù)值/(—Γ) ‘ j = 1,2,... ,20,
步驟3. 5更新局部最佳粒子位置珅W)如果位置改變后第j個(gè)粒子的目標(biāo)函數(shù)值/(；^)+1)小于未改變前第j個(gè)粒子局部最佳位置的目標(biāo)函數(shù)值/(^M))，則用;更新第j個(gè)粒子的第t代的局部最佳粒子位置 Pbesfj，作為第j個(gè)粒子的第t+Ι代的局部最佳粒子；位置，否則，第j個(gè)粒子的局部最佳粒子位置珅作為第t+Ι代的局部最佳粒子位置珅^，步驟3. 6更新全局最佳粒子位置找出位置改變后所有粒子;^)+1目標(biāo)函數(shù)值/(PO最小的粒子mpos，如果粒子 mpos的目標(biāo)函數(shù)值f (mpos)小于未改變前全局最佳粒子位置的目標(biāo)函數(shù)值f (gbesf)，則用mpos更新全局最佳粒子位置gbestS作為第t+Ι代的全局最佳粒子位置gbestt+1，否則， 第t代的全局最佳粒子位置gbest作為第t+Ι代的全局最佳粒子位置gbestw，步驟3.7令t = t+Ι，如果t = 301，則進(jìn)入步驟4，否則，重復(fù)步驟3. 3 3. 6，步驟4輸出變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域解、參數(shù)Qc^e, φ0, β，D， d最優(yōu)值及橢圓度。當(dāng)算法達(dá)到終止條件時(shí)，全局最佳粒子位置gbest3°°對(duì)應(yīng)參數(shù)θ ^，e，Cj5tl，β，D，d 的最優(yōu)值，全局最佳粒子位置gbest3°°的目標(biāo)函數(shù)值f (gbest3°°)即為搜索到的變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域解，橢圓度G由得到的最優(yōu)參數(shù)值D和d根據(jù)G = D-d獲得。
具體實(shí)施例方式步驟1以測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο為測(cè)量坐標(biāo)系xoy的中心建立測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy， 將被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓置于測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy中且被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長(zhǎng)軸與ox軸之間的夾角Φ。為-10° (，測(cè)量并獲取變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓上點(diǎn)PiUi, Yi)并將測(cè)得的點(diǎn)PiUi, Yi)坐標(biāo)由式(1)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo) PiOv θ J，i = 1，2，. . .，η，η為測(cè)點(diǎn)數(shù)目且η為正整數(shù)，Xi和分別為測(cè)點(diǎn)Pi在測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy下的坐標(biāo)值，A和Qi為測(cè)點(diǎn)Pi相對(duì)測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο的半徑和極角，
權(quán)利要求
1. 一種變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定方法，其特征在于，具體步驟如下步驟1以測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心O為測(cè)量坐標(biāo)系Xoy的中心建立測(cè)量直角坐標(biāo)系XOy，將被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓置于測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy中且被測(cè)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長(zhǎng)軸與OX軸之間的夾角Ctci為-10° (，測(cè)量并獲取變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓上點(diǎn)Pi (xi; Yi)并將測(cè)得的點(diǎn)Pi (xi; Yi)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)Pi (ri; θ J，i =1,2, ...,η,η為測(cè)點(diǎn)數(shù)目且η為正整數(shù)，Xi和Yi分別為測(cè)點(diǎn)Pi在測(cè)量直角坐標(biāo)系xoy 下的坐標(biāo)值，A和Qi為測(cè)點(diǎn)Pi相對(duì)測(cè)量平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心ο的半徑和極角，步驟2由變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓并以ο’為設(shè)計(jì)中心，再以變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的設(shè)計(jì)中心O’為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)系χ' o' y'，再將測(cè)點(diǎn)Pi的坐標(biāo)(ri; Θ》轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)系χ' o' y'所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)極坐標(biāo)系下映射點(diǎn)P' 極坐標(biāo)(r' θ ‘ i)，并計(jì)算得到設(shè)計(jì)極坐標(biāo)系下的同一極角下的映射點(diǎn)P' 極半徑r' 1與設(shè)計(jì)點(diǎn) A的極半徑Ii之差Si，并由此建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定模型， 得到目標(biāo)函數(shù)值為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定方法，該方法首先測(cè)量并獲取變橢圓活塞裙部橫截面測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，如果測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)是直角坐標(biāo)則轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)，建立了變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域評(píng)定模型；然后隨機(jī)產(chǎn)生粒子的初始位置和初始速度，根據(jù)粒子初始位置及橫截面線輪廓測(cè)量值計(jì)算粒子的目標(biāo)函數(shù)值，確定局部和全局最佳粒子；采用濃縮因子法修改粒子速度、改變粒子位置，用改變后的粒子位置更新局部最佳粒子位置和全局最佳粒子位置，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的終止條件時(shí)，輸出變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域解、參數(shù)最優(yōu)值及橢圓度；本發(fā)明能夠同時(shí)計(jì)算變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區(qū)域解、參數(shù)最優(yōu)值及橢圓度。
文檔編號(hào)G01D1/00GK102162728SQ20101059342
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者曹未豐, 朱曉春, 汪鳳林, 溫秀蘭, 王東霞, 盛黨紅, 趙藝兵 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院