[发明专利]一种针对筒状曲面的螺旋式扫描测量轨迹规划方法

说明书

一种针对筒状曲面的螺旋式扫描测量轨迹规划方法，属于曲面坐标测量技术领域，用于筒状曲面测量，目的是通过减少测头的非测量移动时间以及引导轨迹C(t)的长度，以提高筒状类零件的测量效率。本发明包括构成偏置曲面S_r步骤、偏置曲面S_r三角化步骤、三角化偏置曲面S_t参数化步骤、规划导向线及间隔线步骤、计算螺旋导向线G(t)和螺旋间隔线E(t)步骤、计算引导轨迹C(t)步骤、生成摆动轨迹参考扫描曲线步骤以及生成摆动扫描轨迹P(t)步骤。本发明测量过程可以通过测头探针针尖的一次往复扫描运动就能够完成，有效地减少了筒状曲面测量过程中测头的非测量移动时间和引导轨迹C(t)的长度，从而显著地提高了筒状曲面的测量效率。

技术领域

本发明属于曲面坐标测量技术领域，具体涉及一种针对筒状曲面的螺旋式扫描测量轨迹规划方法。

技术背景

筒状曲面是指由N个曲面组成的复合曲面，N≥1，N由其CAD设计模型决定，从而决定了筒状曲面有N条母线，该复合曲面的截面线是一阶导数连续的闭合曲线，例如双曲面、圆台侧面、圆柱侧面以及其任意变形的G1连续曲面，例如图1所示的航空叶片，由前缘S₁、叶盆S₂、后缘S₃、叶背S₄组成筒状曲面。所述母线是指复合曲面中相邻曲面的连接线，所述G1连续曲面是指经过曲面上任意一点的曲面上的曲线的一阶导数是连续的。

随着制造业的高速发展，筒状曲面广泛应用于航空航天设备，光学仪器，医疗器械等领域中的高精密零件上，例如轴孔类零件中的柱面、航空叶片中前缘、叶盆、后缘、叶背组成的复合曲面等。

为了使含有筒状曲面的零件能够在加工后进行误差分析，以及在逆向工程中进行模型重构，需要精确高效地获得加工完成或者使用过的零件中筒状曲面的几何信息。目前，一种高精密和高效的曲面测量方法是使用坐标测量机，传统的坐标测量机是三个直线轴或者三个直线轴+两个旋转轴非联动的结构方式，采用点对点的接触式测量，如图2所示，测头ph的探针sty独立地接触零件测量曲面S上的一系列的测量采样点spt；每测量一个点都需要探针慢慢地接触测量点，然后再慢慢地移开，所以其效率非常低。近些年，出现了五轴连续测量技术，并出现了与之匹配的五轴联动扫描式坐标测量机(简称五轴CMM)，用于高精密零件中曲面的快速测量，其核心部件是如图3所示英国雷尼绍公司的REVO测头，该测头由测头ph和探针sty组成，包括两个互相正交的旋转轴R₁和R₂，测头回转中心为点O_r，是两个旋转轴R₁和R₂中心线的交点。如图4所示，使用该五轴CMM进行曲面测量时，测头探针的针尖tip沿着测量曲面S上预先设定的扫描曲线scv连续扫描测量，这种连续的接触式扫描测量方式称为扫描测量。