[发明专利]一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法

说明书

本发明公开了一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，属于机械领域，具有测量速度快、计算量小、测量精度高的特点。本发明包括：首先将结构件划分成N个子区域，将子区域结构等效成薄板并计算出子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定；其次在自由放置的结构件子区域表面设置测量点，通过测量各测量点的空间位置数据，根据纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，利用“最小二乘法”拟合计算出各子区域变形函数的待定系数；然后利用“两步造型法”并结合变形函数的待定系数拟合结果建立子区域的弯扭组合变形函数，结合三角函数逼近方法将其简化成二次函数形式的变形函数；最后按照子区域与结构件的关系，组合得到结构件整体变形。

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法。

背景技术

航空整体结构件具有尺寸大、壁厚薄、刚度低、材料去除率高等特点，在结构件内部初始残余应力、加工过程中的切削力、热应力、夹紧力等因素的综合影响下，极易产生变形，这也是导致结构件加工质量不合格的重要因素，同时浪费材料、人力等资源，严重制约整体结构件的生产效率。

为了控制结构件的加工变形，必须了解其加工过程中的稳定性及整体变形趋势，及时发现加工过程中的问题，并应对变形过大的情况及时作出调整，降低结构件的报废率。而目前针对结构件中间状态加工变形测量的研究少之又少，王斌利硕士论文“大型复杂结构件数控加工浮动装夹自适应调整方法”提出基于监测力的加工中间状态变形量计算方法，通过测量工件装夹装置作用力变化量，利用有限元计算工件产生的变形量；2013年1月9日公开的专利“飞机结构件数控加工中间状态的在线检测方法(CN102866672A)”针对结构件数控加工中间状态的检测，提出中间状态的检测方法与中间状态模型的创建方法；2019年1月29日公开的“一种基于应变监测的弹性支承板的变形监测方法(CN109282785A)”针对弹性支撑板的局部横向变形监测，基于应变监测的弹性支撑板的变形监测方法。上述方法都需要大量测量点、大量的有限元计算及局部变形的测量。

发明内容

本发明提供了一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，解决了现有检测方法无法实现结构件整体变形测量的问题，能够对结构件加工变形实现快速测量与识别，该方法具有测量速度快、计算量小、测量精度高的特点。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种针对结构件加工变形的快速测量和识别方法，包括以下步骤：

(1)将结构件划分成N个子区域，将所述子区域结构等效成薄板并计算出所述子区域纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，变形函数的系数测量后计算确定；

(2)在自由放置的结构件子区域表面设置测量点，通过测量各测量点的空间位置数据，根据所述纯弯曲变形函数和纯自由扭转变形函数，利用“最小二乘法”拟合计算出各子区域变形函数的待定系数；

(3)利用“两步造型法”和变形函数的待定系数拟合结果建立子区域的弯扭组合变形函数，结合三角函数逼近方法将所述弯扭组合变形函数简化成二次函数形式的变形函数；

(4)按照子区域间的几何关系，采用B样条曲线光滑拼接的方法，将子区域组合得到结构件整体变形函数，根据整体变形函数计算整体变形量。

以上所述步骤中，步骤(1)中所述的将结构件划分成N个子区域的原则如下：

原则1：将结构件作简化处理(去除倒角、圆角、孔特征)，对简化后的模型按照腹板厚度进行划分；

原则2：所划分的子区域能够完整覆盖结构件，保证完整测量结构件整体变形；

原则3：所划分的子区域不得超过800×800mm；

原则4：所划分子区域尽可能关于结构件的几何中心或者对称中心对称；