1.一种基于单基准平面的轴孔零件垂直度快速评定方法,其特征在于,由以下步骤组成:
步骤1: 首先,获取被测轴线的测点,并用其组成测点集{pi};获取基准平面的测点,并用其组成基准测点集{p’j};其中:
i=1, 2, 3, …, N;i为测点序号,N为被测轴线的测点总数;
pi={xi, yi, zi}是轴线拟合测点i的空间直角坐标,并且被测轴线接近坐标系的z轴;
j=1, 2, 3, …, M;i为测点序号,M为基准平面的测点总数;
p’j={xj, yj, zj}是测点j的空间直角坐标,基准平面接近于坐标系的XOY平面;
是轴线拟合测点i的空间直角坐标,并且基准圆柱体的轴线接近坐标系的z轴,基准圆柱体的两个底面的中心平面接近坐标系的XOY平面;
然后,获得初始关键序号l1和l2,将l1和l2加入关键序号集{l};
l1为p’j中zj值最大的点pl1的序号,l2为p’j中zj值最小的点pl2的序号;
然后,设定边界位置U和B;
U=zl1,zl1为pl1的z坐标值;U为上边界位置,上边界即过点[0, 0, U]且平行于XOY平面的面;
B=zl2,zl2为pl2的z坐标值;B为下边界位置,下边界即过点[0, 0, B]且平行于XOY平面的面;
然后,获得边界中间位置aver;aver=(U+B)/2;
最后,根据{p’j}建立特征行向量集{A’j};其中:
对所有zj>aver的点,其A’j =[-1, -yj, xj]; 对所有zj<aver的点,其A’j =[1, yj, -xj];A’j是一个特征行向量,所有的特征行向量A’j的集合为特征行向量集{ A’j };
步骤1结束后进行步骤2;
步骤2:根据{p’j}建立基准状态元素集{uj}和{dj};
uj= U - zj;uj为基准测点到上边界的距离;
dj =zj - B;dj为基准测点到下边界的距离;
步骤2结束后进行步骤3;
步骤3:根据关键序号集{l}建立分析矩阵A和分析列向量b,其中:
A=[…, ApT, …, AqT, …]T,是个L行4列的矩阵,L为关键序号集{l}中的元素个数,p,q为关键序号集{l}中的元素;
b=[…, bp, …, bq, …]T,是个L行的列向量;
步骤3结束后进行步骤4;
步骤4:对分析矩阵A及增广分析矩阵[A, b]进行秩分析;
计算分析矩阵A的秩rA=rank(A),增广分析矩阵[A, b] 的秩rAb=rank([A, b]),并比较rA和rAb,只有以下两种情况:
情况一:如果rA=rAb,那么,应当继续寻优,跳到步骤5;
情况二:如果rA< rAb,那么,初始化计算器r=1,并进行步骤4.1;
步骤4.1:令关键序号集{l}去掉第r个元素kr后得到{ks},根据{ks}建立缩小矩阵As和缩小列向量bs,其中:
As=[…, ApT, …, AqT, …]T,是个S行4列的矩阵,S为{ks}中的元素个数,p, q为{ks}中的元素;
b=[…, bp, …, bq, …]T,是个S行的列向量;
步骤4.2:求线性方程Asvs= bs的解vs=vs0,然后计算bj=Asvs;如果bj>bs,那么将缩小矩阵As和缩小列向量bs分别作为A矩阵及分析列向量b,将元素kj移出关键序号集{k},并跳到步骤5;如果bj<=bs,那么进行步骤4.3;
步骤4.3:判断r是否等于S,如果r≠S+1,则跳至步骤4.1;如果r=S+1,应当结束寻优,跳到步骤7;
步骤5:求测点的运动向量v0,即线性方程Av= b的一个解v=v0,其中,v=[v1, v2, v3]T,v0=[v0,1, v0,2, v0,3]T;
步骤5结束后进行步骤6;
步骤6:以追及问题求新的关键点,对{p’j}和{pi}进行更新;
首先,计算各基准测点与边界的相对速度{vj}:vj= A’j v0;
然后,计算追及时间τj;
τ’j= uj / vj|j=1, 2, …N;τ’j为上边界追上点p’j的时间;
τ’’j= dj / vj |j=1, 2, …N;τ’’j为下边界追上点p’j的时间;
τi取τ’j、τ’’j中的较小值;
然后,决策关键点:以追及时间τj中大于零的那部分中的最小值τmin对应的测点为关键点pl3,将该点对应的序号l2加入关键序号集{l};
然后,根据p’j=τmin∙ v’ ∙p’j+τmin∙v’’更新基准测点集{p’j},v’=,v’’=[0, 0, v0,1];
然后,根据pi =τmin∙ v’ ∙ pi +τmin∙v’’更新被测轴线点集{pi},v’=,v’’=[0, 0, v0,1];
最后,根据U= U-τmin∙b更新上边界位置U;根据B= B+τmin∙b更新上边界位置B;
步骤6结束后完成一次寻优,进行步骤2;
步骤7:此时基准平面的实效尺寸为U-B,如果U-B<t1,那么基准平面符合平面度要求;其中,t1为垂直度公差值;
步骤7结束,如果U-B<t1,则进行步骤8;
步骤8:首先,设定边界中心位置c;
c=[ xc, yc, 0];c为边界在XOY平面的投影中心;xc, yc的初始值皆为0;
然后,进行预定位;
令pi= pi- pmin,使点集在XOY平面的投影中心移到原点,其中:
pmin={xmin, ymin, 0};
xmin为xi中最大值与最小值之和的平均值;
ymin为yi中最大值与最小值之和的平均值;
最后,根据{pi}建立特征行向量集{Ai}和状态元素集{ti};,其中:
ti=,所有的状态元素ti的集合为状态元素集{ti};
Ai=([-xi, -yi, xi, yi])/ti,是一个特征行向量,所有的特征行向量Ai的集合为特征行向量集{Ai};
步骤8结束后进行步骤9;
步骤9:根据{pi}更新实时状态元素集{Ti};
;Ti为测点在XOY平面上的投影到边界中心的距离;
步骤9结束后进行步骤10;
步骤10:将一个关键点的测点序号加入到关键序号集{k}中;
如果未进行过步骤7,那么,取实时状态元素集{Ti}的最大值Tmax对应的测点pk1为关键点,并将其测点序号k1加入到关键序号集{k}中;此时D=Tmax,D为边界到中心的距离尺寸;
如果步骤7产生了一个关键点pk2,那么,关键点pk2将取代测点pk1,其测点序号k2加入到关键序号集{k}中;
步骤10结束后进行步骤11;
步骤11:根据关键序号集{k}建立分析矩阵A和分析列向量b,其中:
A=[…, ApT, …, AqT, …]T,是个K行4列的矩阵,K为关键序号集{k}中的元素个数,p,q为关键序号集{k}中的元素;
b=[…, bp, …, bq, …]T,是个K行的列向量;
步骤11结束后进行步骤12;
步骤12:对分析矩阵A及增广分析矩阵[A, b]进行秩分析;
计算分析矩阵A的秩rA=rank(A),增广分析矩阵[A, b] 的秩rAb=rank([A, b]),并比较rA和rAb,只有以下两种情况:
情况一:如果rA=rAb,那么,应当继续寻优,跳到步骤13;
情况二:如果rA< rAb,那么,初始化计算器r=1,进行步骤12.1;
步骤12.1:令关键序号集{k}去掉第r个元素kr后得到{ks},根据{ks}建立缩小矩阵As和缩小列向量bs,其中:
As=[…, ApT, …, AqT, …]T,是个S行4列的矩阵,S为{ks}中的元素个数,p, q为{ks}中的元素;
b=[…, bp, …, bq, …]T,是个S行的列向量;
步骤12.2:求线性方程Asvs= bs的解vs=vs0,然后计算bj=Asvs;
如果bj>bs,那么将缩小矩阵As和缩小列向量bs分别作为A矩阵及分析列向量b,将元素kj移出关键序号集{k},并跳到步骤6;如果bj<=bs,那么进行步骤5.3;
步骤12.3:判断r是否等于S,如果r≠S+1,则跳至步骤4.1;如果r=S+1,应当结束寻优,跳到步骤15;
步骤13:求测点与边界的运动向量v0,即线性方程Av= b的一个解v=v0,其中,v=[v1, v2,v3, v4]T, v0=[v0,1, v0,2, v0,3, v0,4]T;
步骤13结束后进行步骤14;
步骤14:以追及问题求新的关键点,对{pi}进行更新;
首先,计算各测点与边界之间的相对速度{vi}:vi=Aiv0;
然后,计算各测点的追及时间τi,τi=(D–Ti)÷(bi– vi) |i=1, 2, …N;
然后,决策关键点:以追及时间τi中大于零的那部分中的最小值τmin对应的测点为关键点pk2;
然后,根据pi= pi+τmin∙vm更新测点集{pi},其中vm={v0,1, v0,2,0};
最后,根据c=c+τmin∙vg更新投影中心c,其中vg={v0,3, v0,4,0};
步骤14结束后完成一次寻优,进行步骤9;
步骤15:此时被测轴线实效尺寸为D,如果D>t2,那么被测轴线符合垂直度要求,被测轴线合格;否则不合格;其中,t2为垂直度公差值。