專利名稱：一種自由曲面的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)控制測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自由曲面的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
由于自由曲面沒有真正意義上的解析式，故其數(shù)字化一直是工程技術(shù)中的難點(diǎn)。目前，有些學(xué)者根據(jù)質(zhì)心定理提出了對(duì)數(shù)學(xué)模型已知的自由曲面的測(cè)量方法，但對(duì)于未知數(shù)學(xué)模型的自由曲面的測(cè)量，則一般通過等距測(cè)量方法，即用等步長(zhǎng)的方式來對(duì)自由曲面進(jìn)行測(cè)量，其缺陷在于沒有考慮曲面本身的特點(diǎn)，即使是對(duì)于變化比較劇烈的曲面也用要和平坦的曲面一樣的步長(zhǎng)，這樣獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)有時(shí)就不能反映自由曲面的真實(shí)情況，并且測(cè)量效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服用等距測(cè)量方法測(cè)量未知數(shù)學(xué)模型的自由曲面時(shí)不能反映曲面的真實(shí)情況，且測(cè)量效率低的缺點(diǎn)，從而提供一種自由曲面的測(cè)量方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種自由曲面的測(cè)量方法，利用集成化柔性激光加工系統(tǒng)、三座標(biāo)測(cè)量機(jī)或數(shù)控機(jī)床，根據(jù)自由曲面的特征將自由曲面劃分成等距截面，然后，對(duì)各個(gè)截面曲線進(jìn)行測(cè)量，自適應(yīng)地生成下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的避障點(diǎn)，并能在測(cè)量過程中不斷修正前面不合理的測(cè)量點(diǎn)，以測(cè)量出自由曲面。
本發(fā)明的一種自由曲面的測(cè)量方法，其特征在于，該方法的步驟包括(1)確定待測(cè)曲面的測(cè)量范圍，并將測(cè)量曲面等分為N個(gè)截面，設(shè)置截面序號(hào)變量m；(2)在第m個(gè)截面的曲線上用自動(dòng)等距離步長(zhǎng)測(cè)量方法測(cè)量該曲線上四個(gè)起始點(diǎn)P1、P2、P3、P4的三維空間坐標(biāo)，并將四點(diǎn)的坐標(biāo)值存入計(jì)算機(jī)內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)文件中；(3)根據(jù)已測(cè)得的四點(diǎn)P1、P2、P3、P4，計(jì)算出直線P2P3和直線P3P4之間的銳角θ；(4)再根據(jù)已測(cè)得的四點(diǎn)P1、P2、P3、P4用三次貝塞爾方程擬合曲線，再以θ為判距自適應(yīng)的調(diào)整變參數(shù)Δt，獲取下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)P′5，并求出其對(duì)應(yīng)的避障點(diǎn)Pb，5，利用探測(cè)點(diǎn)P′5和避障點(diǎn)Pb，5測(cè)得P5的空間三維坐標(biāo)值，并將坐標(biāo)值存入測(cè)量數(shù)據(jù)文件中，如果變參數(shù)Δt＞0，則將P2、P3、P4、P5賦于P1、P2、P3、P4；(5)如果變參數(shù)Δt＜0，說明P5點(diǎn)是回測(cè)點(diǎn)，即P4點(diǎn)是在P5點(diǎn)的前面，則用P1、P2、P3、P5點(diǎn)的值測(cè)量下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)和避障點(diǎn)；(6)重復(fù)上述步驟(3)、(4)和(5)直至邊界，并令截面序號(hào)值m＝m+1；當(dāng)m=N時(shí)，結(jié)束測(cè)量。
所述的判距θ≤1°，則Δt＝1/3+0.10；若1°＜θ≤3°，則Δt＝1/3+0.05；若3°＜θ≤6°，則Δt＝1/3；若θ＞6°，則Δt＝-1/6。
所述的三次貝塞爾方程為P′5＝T(1+Δt)MP，其中T(1+Δt)＝[(1+Δt)3(1+Δt)2(1+Δt)1]，是變參數(shù)矩陣，M為三次貝塞爾基函數(shù)的常數(shù)系數(shù)矩陣，M=-13-313-630-33001000;]]>P為最新測(cè)量獲得的四個(gè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)的矩陣，且P＝[p1p2p3p4]T。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的一種自由曲面的測(cè)量方法，基于特定的三次貝塞爾數(shù)學(xué)模型，自適應(yīng)測(cè)量等距截面上的曲線，不但測(cè)量效率高，而且，能反映曲面的真實(shí)情況，以較高精度實(shí)現(xiàn)了自由曲面的數(shù)字化。
圖面說明

圖1是本發(fā)明自由曲面測(cè)量方法中邊界點(diǎn)的測(cè)量示意2是本發(fā)明自由曲面測(cè)量方法中的曲線測(cè)量示意3是本發(fā)明自由曲面測(cè)量方法實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)4是本發(fā)明自由曲面測(cè)量方法的流程示意圖具體實(shí)施方式
利用本發(fā)明自由曲面測(cè)量方法的一個(gè)最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步說明。
采用中科院力學(xué)研究所已授權(quán)的中國(guó)專利號(hào)為ZL98101217.5的一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動(dòng)的激光加工裝置，也可采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、利用接觸式測(cè)頭(或非接觸式測(cè)頭)并配以測(cè)量輔助電路與龍門式數(shù)控機(jī)床的I/O通訊口相連而改造成的測(cè)量加工機(jī)等設(shè)備，對(duì)汽車覆蓋件沖壓模具的一個(gè)角部的自由曲面進(jìn)行了測(cè)量，如圖4所示，其具體的測(cè)量過程如下1、先確定待測(cè)曲面的測(cè)量范圍，如圖1所示，沿Y軸正向看去，用測(cè)量頭人工測(cè)量出待測(cè)曲面的左下角邊界點(diǎn)Ps，其三維空間坐標(biāo)值為(2072.342 -1324.306 -314.720)；左上角邊界點(diǎn)Pe，其三維空間坐標(biāo)值為(2072.342 -1225.630 -286.319)；右上角邊界點(diǎn)Pc，獲得其空間三維坐標(biāo)值為(2145.276 -1225.630 -260.691)。
根據(jù)測(cè)量要求的精度確定自由曲面的每?jī)蓚€(gè)截面之間的距離d＝4mm，計(jì)算出所需要測(cè)量的排數(shù)N＝12，設(shè)置內(nèi)存變量截面序號(hào)m，對(duì)于第一個(gè)要測(cè)量的截面，取m值為1。
2、從截面初始點(diǎn)開始，如圖2所示，控制測(cè)量頭用等距步長(zhǎng)為4mm的自動(dòng)等距步長(zhǎng)測(cè)量方法測(cè)量得到待測(cè)自由曲面第m個(gè)截面上的四點(diǎn)P1、P2、P3、P4的三維空間坐標(biāo)，將P1、P2、P3、P4為軟件設(shè)置為全局內(nèi)存變量，并將四點(diǎn)空間三維坐標(biāo)值由測(cè)量控制軟件按文本方式存入測(cè)量數(shù)據(jù)文件中；3、根據(jù)測(cè)得的四點(diǎn)P1、P2、P3、P4，利用公式θ=arccos((p3-p2)·(p4-p3)|p3-p2||p4-p3|)---(2)]]>計(jì)算出直線P2P3和直線P3P4之間的銳角θ，再以θ為判距，自適應(yīng)的調(diào)整變參數(shù)變量Δt若θ≤1°，則Δt＝1/3+0.10；若1°＜θ≤3°，Δt＝1/3+0.05；若3°＜θ≤6°，Δt＝1/3；若θ＞6°，Δt＝-1/6，回測(cè)一點(diǎn)。
利用公式P′5＝T(1+Δt)MP(3)
Pb，5＝P′5+(0 0 10)(4)生成下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)P′5和避障點(diǎn)Pb，5；4、利用探測(cè)點(diǎn)P′5和避障點(diǎn)Pb，5驅(qū)動(dòng)測(cè)頭獲得測(cè)量點(diǎn)P5的空間三維坐標(biāo)值，并將坐標(biāo)值存入文本格式的測(cè)量數(shù)據(jù)文件中；5、如果變參數(shù)Δt＞0，則將P2、P3、P4、P5賦于P1、P2、P3、P4；如果變參數(shù)Δt＜0，說明P5點(diǎn)是回測(cè)點(diǎn)，即P4點(diǎn)是在P5點(diǎn)的前面，則用P1、P2、P3、P5點(diǎn)的值測(cè)量下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)和避障點(diǎn)；6、計(jì)算P5與Pe之間的距離Ds，若Ds＜0.5mm則結(jié)束測(cè)量；否則重復(fù)步驟3～5直至結(jié)束；并令截面序號(hào)值m＝m+1，進(jìn)行下一個(gè)截面的測(cè)量。
當(dāng)m＝N時(shí)，結(jié)束測(cè)量。最后獲得的測(cè)量結(jié)果采用origin繪圖軟件顯示，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種自由曲面的測(cè)量方法，利用集成化柔性激光加工系統(tǒng)、三座標(biāo)測(cè)量機(jī)或數(shù)控機(jī)床，根據(jù)自由曲面的特征將自由曲面劃分成等距截面，然后，對(duì)各個(gè)截面曲線進(jìn)行測(cè)量，自適應(yīng)地生成下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的避障點(diǎn)，并能在測(cè)量過程中不斷修正前面不合理的測(cè)量點(diǎn)，以測(cè)量出自由曲面。
2.按照權(quán)利要求1所述的自由曲面的測(cè)量方法，其特征在于，該方法的步驟包括(1)確定待測(cè)曲面的測(cè)量范圍，并將測(cè)量曲面等分為N個(gè)截面，設(shè)置截面序號(hào)變量m；(2)在第m個(gè)截面的曲線上用自動(dòng)等距離步長(zhǎng)測(cè)量方法測(cè)量該曲線上四個(gè)起始點(diǎn)P1、P2、P3、P4的三維空間坐標(biāo)，并將四點(diǎn)的坐標(biāo)值存入計(jì)算機(jī)內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)文件中；(3)根據(jù)已測(cè)得的四點(diǎn)P1、P2、P3、P4，計(jì)算出直線P2P3和直線P3P4之間的銳角θ；(4)再根據(jù)已測(cè)得的四點(diǎn)P1、P2、P3、P4用三次貝塞爾方程擬合曲線，再以θ為判距自適應(yīng)的調(diào)整變參數(shù)Δt，獲取下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)P′5，并求出其對(duì)應(yīng)的避障點(diǎn)Pb，5利用探測(cè)點(diǎn)P′5和避障點(diǎn)Pb，5測(cè)得P5的空間三維坐標(biāo)值，并將坐標(biāo)值存入測(cè)量數(shù)據(jù)文件中，如果變參數(shù)Δt＞0，則將P2、P3、P4、P5賦于P1、P2、P3、P4；(5)如果變參數(shù)Δt＜0，說明P5點(diǎn)是回測(cè)點(diǎn)，即P4點(diǎn)是在P5點(diǎn)的前面，則用P1、P2、P3、P5點(diǎn)的值測(cè)量下一個(gè)探測(cè)點(diǎn)和避障點(diǎn)；(6)重復(fù)上述步驟(3)、(4)和(5)直至邊界，并令截面序號(hào)值m＝m+1；當(dāng)m＝N時(shí)，結(jié)束測(cè)量。
3.按照權(quán)利要求2所述的自由曲面的測(cè)量方法，其特征在于，所述的判距θ≤1°，則Δt＝1/3+0.10；若1°＜θ≤3°，則Δt＝1/3+0.05；若3°＜θ≤6°，則Δt＝1/3；若θ＞6°，則Δt＝-1/6。
4.按照權(quán)利要求2所述的自由曲面的測(cè)量方法，其特征在于，所述的三次貝塞爾方程為P′5＝T(1+Δt)MP，其中T(1+Δt)＝[(1+Δt)3(1+Δt)2(1+Δt)1]，是變參數(shù)矩陣，M為三次貝塞爾基函數(shù)的常數(shù)系數(shù)矩陣，M=-13-313-630-33001000;]]>P為最新測(cè)量獲得的四個(gè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)的矩陣，且P＝[p1p2p3p4]T。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自由曲面的測(cè)量方法，該方法利用集成化柔性激光加工系統(tǒng)、三座標(biāo)測(cè)量機(jī)或數(shù)控機(jī)床，根據(jù)自由曲面的特征將自由曲面劃分成等距截面；然后，對(duì)各個(gè)截面曲線進(jìn)行測(cè)量，即先在每個(gè)截面的曲線上用自動(dòng)等距離步長(zhǎng)測(cè)量方法測(cè)量該曲線上四個(gè)起始點(diǎn)P
文檔編號(hào)G01B21/04GK1534276SQ0312146
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者虞鋼, 劉荷輝, 程驚雷, 王立新, 何學(xué)儉, 王駿, 蔣鏡昱, 李新, 賈艷華, 寧偉健, 鄭彩云, 甘翠華, 張金城, 谷雨, 巴發(fā)海, 張?zhí)壹t, 虞 鋼 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所