[发明专利]一种基于实测表面形貌的装配接触的空间姿态确定方法

摘要

本发明提供了一种基于实测表面形貌的装配接触的空间姿态确定方法，从点云处理技术、装配堆叠技术入手，对实测结合面形貌数据进行多尺度分解。过滤掉对装配姿态影响较小的高频部分的形貌特征，同时去除掉了结合面测量过程当中产生的噪声。根据三点确定一个平面，找出上下两表面在进行装配是时首先接触的三点，并对找出的三点依次进行判定。以三点确定的平面的法向量来表示上下零件装配的空间姿态。依据该空间姿态指导装配体模型的构建。从而在一定程度上改善了结合面接触分析的准确性。本发明的方法使得装配体有限元模型中的初始接触设置更加符合实际要求、提高了装配体仿真分析的准确性。

主权项

1.一种基于实测表面形貌的装配接触的空间姿态确定方法，其特征在于，步骤如下：(1)采用平面度测量仪测试上下两零件结合面，获得两零件表面三维形貌数据Ak×3、Bk×3，Ak×3、Bk×3即为两零件的点云矩阵；其中k代表所测点的数量，第一列为x坐标值，第二列为y坐标值，第三列为z坐标值；(2)对点云矩阵Ak×3、Bk×3进行数据处理，两零件的点云矩阵处理方式相同，只对Ak×3的数据处理进行说明；(2.1)对点云矩阵Ak×3进行预处理，令点云矩阵Ak×3中的数据缺失点即矩阵中标注为No Data的点等于相邻非缺失点的平均值，获得处理后的点云矩阵A1k×3；(2.2)以步骤(2.1)获得的点云矩阵A1k×3为对象，采用小波变换的方法把点云矩阵A1k×3中对装配堆叠影响较小的高频数据过滤掉，获得所需的点云矩阵A2k×3；经过预处理后的点云矩阵A1k×3为两个变量x和y的函数，通过对预处理后的点云坐标矩阵A1k×3经过j层小波分解处理，获得包含不同尺度分量的矩阵H1、H2...Hj；在幅频特性曲线上对不同尺度的形貌特征的进行识别；其中平面度、波纹度、粗糙度分别对应的空间频率为0～0.1/mm，0.1～1/mm，大于1/mm；根据分析需求，去除掉点云矩阵A1k×3中对装配堆叠影响较小的形貌成分，获得包含所需尺度形貌特征的点云矩阵A2k×3；(3)以步骤(2)处理后的包含所需尺度形貌特征的点云矩阵A2k×3、B2k×3为对象，其中B2k×3为上端零件的点云矩阵，其z向数据在进行装配过程中发生翻转变换，同时也有可能发生旋转变换，需要对B2k×3处理过程中的z向坐标矩阵Z1m×n做相应的翻转及旋转变换；接着将Z1m×n矩阵中所有元素整体向上平移一段距离，即矩阵中所有的坐标元素均加上位移对应的数值，获得上端零件在配准时所用的新的点云矩阵B2k×3；根据实际装配过程中的位置要求对两零件进行配准，然后依据三点确定一个平面，找到两零件结合面发生接触的三点，并对找出的三点依次进行判定，从而确定上下两零件装配后的空间姿态；首先对两零件结合面进行配准，两零件在测量过程中采用的是同种测试仪器、故二者在进行测试的过程中采样间距相同，对两零件结合面处的点云做一一对应，依据两零件上基准位置对两零件进行x向和y向配准；该基准位置选择定位销孔或边界；接下来寻找两零件结合面先发生接触的三点，将上端零件沿着z向向下平移，寻找两零件结合面第一次发生接触的点，该点的x向、y向坐标(x1,y1)，记上端零件下表面处的接触点为点A；以上端零件下表面的中心点与A点连线的垂直方向为轴1，在判断上端零件的旋转方向时，令右手掌心正对着A点，四指朝着中心点指向A点的方向，大拇指方向即为轴1的方向，上端零件的旋转方向采用右手螺旋定则进行判定；旋转上端零件过程中寻找第二个接触点并记为点B，同时对点B的合理性进行判定，如果A点与B点的距离小于矩形零件短边的三分之一时，认为两点距离相聚过近，上下零件在配合时难以保持稳定，剔除掉已经寻找到的B点，采用同样的方法寻找新的B点，直到找到满足要求的B点为止；接着以点A和点B连线方向为轴2，令掌心正对着A、B点，四指朝着中心点指向A、B点连线的方向，大拇指方向即为轴2的方向；同样采用右手螺旋定则判断上端零件的旋转方向，旋转上端零件过程中寻找第三个接触点并记为点C，并对找出的第三点进行判定；如果中心点不在A、B、C三点所组成的三角形内，则认为上下零件在配合时难以保持稳定，剔除掉已经寻找到的C点，采用同样的方法寻找新的C点，直到找到满足要求的C点为止；根据找到的三点A、B、C的x向、y向坐标值找到下端零件配合面上的三个点D1，D2，D3；以找到三点确定的平面的法向量来表示上端零件在进行装配时的空间姿态。