基于nurbs曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，包括：1）對設(shè)計的NURBS曲面進(jìn)行分析，選取一系列特征點(diǎn)作為待測序列P；2）根據(jù)設(shè)計的NURBS曲面用機(jī)床加工曲面，然后對待測序列P中的待測點(diǎn)進(jìn)行測量，得到實(shí)測序列Q’；3）計算實(shí)測序列Q’與待測序列P之間的偏差，若偏差小于等于加工精度，則不需要調(diào)整；若有偏差大于加工精度，根據(jù)偏差對待測序列P進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償序列W；4）根據(jù)補(bǔ)償序列W對控制點(diǎn)C進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償曲面，根據(jù)補(bǔ)償曲面加工，得到與設(shè)計的NURBS曲面誤差較小的加工曲面。本發(fā)明方法能夠提高在機(jī)測量方法對自由曲面加工精度的檢測效率并對自由曲面進(jìn)行補(bǔ)償加工。
【專利說明】基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、汽車和模具等行業(yè)的發(fā)展，自由曲面在零件設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛，自由曲面的加工對精度和效率也有了更高的要求。為了提高自由曲面的加工精度，一般需要對加工誤差進(jìn)行測量、評估和補(bǔ)償，自由曲面的非回轉(zhuǎn)對稱、形狀不規(guī)則、構(gòu)造無規(guī)律的特點(diǎn)使得對自由曲面的測量變得非常復(fù)雜?？焖俚貙ψ杂汕娴募庸ふ`差進(jìn)行精密測量和評估對于加工高精度的自由曲面有著十分重要的意義。
[0003]自由曲面的測量主要可分為離線測量和在機(jī)測量兩種方式。基于三坐標(biāo)測量機(jī)的離線檢測技術(shù)可以用來測量自由曲面的精度檢測，但是這種測量需要對工件進(jìn)行搬運(yùn)、重新裝夾和定位，這個過程會帶來一定的重定位誤差，影響測量的精度。在機(jī)測量技術(shù)則是在數(shù)控銑床上直接對數(shù)控加工后的零件進(jìn)行測量，這避免了離線測量方法中的重定位誤差問題。在機(jī)測量有接觸式測量和非接觸式測量兩種，目前已經(jīng)有多種測量原理可以實(shí)現(xiàn)對曲面上一點(diǎn)的位置進(jìn)行測量。
[0004]通過對曲面上一系列點(diǎn)的測量可以實(shí)現(xiàn)對曲面加工精度的評估，得到加工曲面的誤差分布，從而確定誤差補(bǔ)償?shù)牟呗?。目前對于自由曲面加工誤差的測量方案主要有以下幾種:1、對被測曲面進(jìn)行檢測路徑規(guī)劃，然后逐一測量曲面上的點(diǎn)，并將檢測結(jié)果與零件的理想CAD模型進(jìn)行對比分析，找到各個測點(diǎn)的偏差，從而獲得曲面的加工誤差，其代表專利為“復(fù)雜零件的曲面加工精度的在線檢測方法”CN201210266355.6 ;2、根據(jù)加工路徑設(shè)計測量路徑，逐點(diǎn)測量曲面上的點(diǎn)，實(shí)時采集測點(diǎn)的面形誤差數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整個工件表面的面形誤差數(shù)據(jù)的獲取，其代表專利為“基于加工機(jī)床的自由曲面原位測量方法” CN201010530776.6 ;3、測量曲面特征截面的型線，獲得曲面各個特征截面的測量型線點(diǎn)與其對應(yīng)的真實(shí)型線點(diǎn)的誤差，用來檢測曲面的精度，其代表專利為“一種復(fù)雜曲面葉片的檢測方法” CN201310021045.2。
[0005]方法I通過大量測量曲面上的點(diǎn)，然后與理想CAD模型進(jìn)行比較可以得到曲面的加工誤差，但是由于測量的點(diǎn)數(shù)很多，整個曲面的測量效率會比較低。方法2和方法I類似，只是在每次測量時直接得到的是面形誤差數(shù)據(jù)，避免了海量測量數(shù)據(jù)的后期數(shù)據(jù)處理和誤差分析，可以提高一定的測量效率，但是依然存在方法I的弊端，大量的測量點(diǎn)使得測量的效率不高。方法3選擇了對曲面的特征型線進(jìn)行測量，這種方法要求的測量點(diǎn)數(shù)不多，但是這只能檢驗(yàn)精度是否達(dá)到要求，不能測出曲面的具體加工誤差。
[0006]NURBS曲面可以精確地表示復(fù)雜的自由曲面，曲面的形狀由控制點(diǎn)、權(quán)因子和節(jié)點(diǎn)矢量決定，通過改變節(jié)點(diǎn)矢量、控制點(diǎn)和權(quán)因子可以對原曲面進(jìn)行調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了提高在機(jī)測量方法對自由曲面加工精度的檢測效率并對自由曲面進(jìn)行補(bǔ)償加工，本發(fā)明提供了一種基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法。
[0008]一種基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
[0009]I)對設(shè)計的NURBS曲面的節(jié)點(diǎn)向量UV和控制點(diǎn)C信息進(jìn)行分析，在設(shè)計的NURBS曲面上選取一系列特征點(diǎn)作為待測序列P ；
[0010]2)根據(jù)設(shè)計的NURBS曲面的節(jié)點(diǎn)向量UV和控制點(diǎn)C用機(jī)床加工曲面，然后用測量頭對待測序列P中的待測點(diǎn)進(jìn)行測量，得到實(shí)測序列Q’ ；
[0011]3)計算實(shí)測序列Q’與待測序列P之間的偏差，若偏差小于等于加工精度，則不需
要調(diào)整；
[0012]若有偏差大于加工精度，根據(jù)偏差對待測序列P進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償序列W ；
[0013]4)根據(jù)補(bǔ)償序列W對控制點(diǎn)C進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償曲面，根據(jù)補(bǔ)償曲面加工，得到與設(shè)計的NURBS曲面誤差較小的加工曲面。
[0014]步驟I)中，作為優(yōu)選,所述的待測序列P包括節(jié)點(diǎn)向量UV在節(jié)點(diǎn)處所對應(yīng)曲面上的點(diǎn)和曲面上的基本特征點(diǎn)，所述的基本特征點(diǎn)為曲面極值點(diǎn)和曲率最大最小點(diǎn)。上述的點(diǎn)對NURBS曲面的控制較大，即對NURBS曲面的影響較大，選用上述點(diǎn)作為待測序列P，最后通過調(diào)整待測序列P得到補(bǔ)償序列W，能夠得到補(bǔ)償更加準(zhǔn)確的補(bǔ)償曲面，最后得到誤差更加小的加工曲面。
[0015]步驟2)中，用測量頭對待測序列P中的待測點(diǎn)進(jìn)行測量，包括:卸下加工刀具，將接觸式測量頭安裝在機(jī)床主軸上，測量時，X軸和Y軸坐標(biāo)與待測序列P中待測點(diǎn)一致，得

(I A
到Z軸坐標(biāo)值，Z軸坐標(biāo)值需要消除偏差X，
【權(quán)利要求】
1.一種基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對設(shè)計的NURBS曲面的節(jié)點(diǎn)向量UV和控制點(diǎn)C信息進(jìn)行分析，在設(shè)計的NURBS曲面上選取一系列特征點(diǎn)作為待測序列P ; 2)根據(jù)設(shè)計的NURBS曲面的節(jié)點(diǎn)向量UV和控制點(diǎn)C用機(jī)床加工曲面，然后用測量頭對待測序列P中的待測點(diǎn)進(jìn)行測量，得到實(shí)測序列Q’ ； 3)計算實(shí)測序列Q’與待測序列P之間的偏差，若偏差小于等于加工精度，則不需要調(diào)整； 若有偏差大于加工精度，根據(jù)偏差對待測序列P進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償序列W ； 4)根據(jù)補(bǔ)償序列W對控制點(diǎn)C進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償曲面，根據(jù)補(bǔ)償曲面加工，得到與設(shè)計的NURBS曲面誤差較小的加工曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟I)中，所述的待測序列P包括節(jié)點(diǎn)向量UV在節(jié)點(diǎn)處所對應(yīng)曲面上的點(diǎn)和曲面上的基本特征點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的基本特征點(diǎn)為曲面極值點(diǎn)和曲率最大最小點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟2)中，用測量頭對待測序列P中的待測點(diǎn)進(jìn)行測量，包括:卸下加工刀具，將接觸式測量頭安裝在機(jī)床主軸上，測量時，X軸和Y軸坐標(biāo)與待測序列P中待測點(diǎn)一致，得到Z軸坐(1、標(biāo)值，Z軸坐標(biāo)值需要消除偏差
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的Θ為接觸式測量頭中測球與曲面相交處的曲面切線與水平方向所成的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟3)中，計算實(shí)測序列Q’與待測序列P之間的偏差，根據(jù)偏差對待測序列P進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償序列W，具體包括:計算實(shí)測序列Q’中的實(shí)測點(diǎn)與待測序列P對應(yīng)的待測點(diǎn)的Z軸坐標(biāo)之間的誤差，在待測序列P減去該誤差得到補(bǔ)償序列W。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NURBS曲面的加工誤差快速檢測補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟4)中，根據(jù)補(bǔ)償序列W對控制點(diǎn)C進(jìn)行調(diào)整，得到補(bǔ)償曲面，具體包括:設(shè)定加工精度eps，根據(jù)補(bǔ)償序列W與待測序列P計算出偏差序列D'，若偏差序列D'中各誤差絕對值均小于等于印S，則曲面不需調(diào)整；若偏差序列D'中至少有一誤差d'絕對值大于eps，則曲面需調(diào)整；則對曲面上與偏差序列D'中d'相對應(yīng)的控制點(diǎn)C進(jìn)行調(diào)整，d'相對應(yīng)的控制點(diǎn)C調(diào)整的量通過^ ( λΚΗ~計算，其中

【文檔編號】G05B19/404GK103777570SQ201410007722
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】傅建中, 賴金濤, 賀永, 王益, 沈洪垚 申請人:浙江大學(xué)