[发明专利]一种复合材料弱刚度异形结构在线检测方法

说明书

本发明公开了一种复合材料弱刚度异形结构在线检测方法，该检测方法首先对待测产品的测量点坐标进行采样；其次对采样后的测量点坐标进行优化，然后利用C空间理论对测量路径进行干涉碰撞检测，得到无干涉在在位检测路径；最后通过非线性最小二乘法进行误差溯源和分离，消除位姿误差对评定精度的影响。本发明能够完成检测路径的规划和生成测量点云、获得高效无干涉的在线检测路径，消除位姿误差对评定精度的影响。

技术领域

本发明涉及一种面向异形零件的加工精度在线检测方法，尤其是针对复合材料弱刚度结构的精密零件的加工变形进行快速在线检测，属于面向复合材料高精密零件在线检测技术。

背景技术

随着材料科学和精密加工技术的不断发展，C-SiC等复合材料零件具有质量轻、寿命长和良好的热力学性能等优点被广泛应用于航空、航天等领域，其中许多高精度关键零件为了满足各类空间约束和特殊使用功能(高温、高压和剧烈摩擦)，通常具有几何结构复杂、测量可达性差、薄壁和弱刚度等特点，在加工和测量过程中此类零件易受环境因素干扰，给精度质量等检测带来较大困难。

目前数控精密加工中应用的检测手段主要是基于三坐标测量机和专用测量仪器的离线检测，其主要局限为：(1)测量完成后，工件在机床进行二次装夹，导致原有定位信息丢失、弱刚度精密零件受力变形，难以保证后续加工精度，且增加工序辅助时间；(2)对于几何特征较多的复杂轮廓精密零件，检测量大，检测效率低；(3)对于空间几何结构复杂的精密零件，难以消除检测过程的系统误差，缺少适用的误差评定方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合材料弱刚度异形结构在线检测方法，该方法能够完成检测路径的规划和生成测量点云、获得高效无干涉的在线检测路径，消除位姿误差对评定精度的影响。

一种复合材料弱刚度异形结构在线检测方法，该检测方法的实现步骤如下：

步骤一：对待测产品的测量点坐标进行采样；

步骤二：对采样后的测量点坐标进行优化，使坐标更加准确；

步骤三：利用C空间理论对测量路径进行干涉碰撞检测，得到无干涉在位检测路径；

步骤四：通过非线性最小二乘法进行误差溯源和分离，消除位姿误差对评定精度的影响。

进一步地，所述步骤一中采样的过程如下：

第一步：对被测表面曲线进行参数化规范，使相邻两测量点间参数之差为常数；

第二步：在曲线上选取n个测量点，计算各点曲率半径；

第三步：计算相邻测量点之间弦差，其中，R表示相邻两测量点的曲率半径的平均值，L表示圆心O到弦A_iA_i+1的距离；

第四步：对测量点进行第一次筛选，如果弦差h不小于H，则将该采样点纳入测量点集；反之，则舍去该采样点，并对下一个采样点以同样方法进行判断；

第五步：对测量点进行第二次筛选，如果最大容许步长S大于初始设定值，将采样点纳入到测量点集；反之，则舍去该采样点，并对下一个采样点进行同样方法进行判断。

进一步地，所述步骤二通过齐次坐标变换生成测量点，得到可直接用于数控编程的测量位置数据，包括以下步骤：

第一步：根据设定的测量步长和步骤一中求得的弦差，得到测头触点MC；

第二步：将测头触点沿测量轴半径方向偏置一个位置矢量，得到测量位置点ML，即ML＝MC+U；

其中，测量位置点坐标可以表示为：

进一步地，所述步骤三中得到无干涉在在位检测路径的过程如下：