[发明专利]一种基于粒子群寻优的大型高速回转装备功能性滤波方法

说明书

本发明提出了一种基于粒子群寻优的大型高速回转装备功能性滤波方法。包括以下步骤：基于真实采样角度分布构造有限三维点集；取任意点为球心，指定半径构造该点搜索子集；选取解空间，初始化粒子群，并求解真实初始粒子；判断各粒子与P₁是否为过两个半径α为的球体；根据其他点到两球心的距离计算适应度函数值；判断是否为有限三维点集的外/内接触点；提取有限三维点集的alpha shape外/内三角边界；提取alpha包络外/内边界，完成形态学开/闭操作；重复步骤三至步骤八一次，实现三维表面的功能性交替滤波。本发明的方法有效地适于大型高速回转装备三维表面的功能性滤波器，准确表示三维接触面间的实际配合情况。

技术领域

本发明涉及一种基于粒子群寻优的大型高速回转装备功能性滤波方法，属于三维信号处理及精密测量技术领域。

背景技术

滤波技术是型高速回转装备精密测量过程中的重要环节，不同的滤波方法会对形状误差评定结果产生很大影响，因此滤波精度直接影响零件表面轮廓的评定质量和结果。表面形貌滤波技术主要分为两类：一为中线滤波技术，二为包络滤波技术。目前国内外测量仪器均采用中线滤波方法，而包络滤波方法则主要从功能方面进行滤波，实现对被测试件表面纹理的几何属性进行数据提取，有效模拟被测试件的表面接触情况。国内外学者对包络滤波技术的研究主要集中于二维圆轮廓上，Jiang基于alpha shape理论与形态学包络曲线间的关系，开发了一种快速计算方法，该方法通过形态学滤波操作实现二维圆轮廓信号的提取，解决了形态学滤波技术存在的边界效应、接触点提取准确性差等问题；孙传智基于四偏置误差圆轮廓测量模型提出了一种适于圆轮廓的二维形态学滤波器，该滤波器建立在真实采样角度分布的基础上，具有较高的滤波精度。然而，目前对表面滤波技术的研究大多建立在采样角度为等间隔分布的前提下以及二维表面的滤波上，无法准确模拟三维表面采样点集的真实分布情况，导致三维表面功能性滤波技术存在滤波原理性误差，影响三维表面数据的滤波精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于粒子群寻优的大型高速回转装备功能性滤波方法，其目的是为了解决现有滤波技术对三维表面滤波技术的研究大多建立在采样角度为等间隔分布的前提下，无法准确模拟三维表面采样点集的真实分布情况，导致三维表面形态学滤波技术存在滤波原理性误差，影响三维表面数据的滤波精度的问题。

一种基于粒子群寻优的大型高速回转装备功能性滤波方法，所述滤波方法包括以下步骤：

步骤一：基于回转类零件三维表面测量系统，建立真实采样角度分布函数如公式(1)所示：

式中：为相对于截面几何中心的非等间隔采样角度，Δr_ij为重构圆柱轮廓的表面加工误差，r_oj为第i测量点截面圆心到拟合椭圆的距离，e_j为偏心量，α_j为偏心角，d_j为传感器测头偏移量，r为传感器测头半径，为传感器测头支杆倾斜角，L_j为水平导轨的运动距离，w为水平导轨轴线倾斜角，τ为水平导轨轴线倾斜误差与垂直测量方向的夹角，z_j为被测截面高度，φ为竖直导轨轴线倾斜角，ε为竖直导轨轴线倾斜误差与测量方向的夹角，γ为几何轴线倾斜误差，θ_ij为相对于回转中心的采样角度；

步骤二：依据真实采样角度仿真重构出包含(1-100)次谐波的圆柱轮廓三维数据点集S如公式(2)：

式中：ρ_ij为重构圆柱轮廓的第j采样截面的第i采样点到瞬时回转中心的距离，r_ij为第i测量点截面圆心到拟合椭圆的距离，A为谐波振幅，τ_k为第k次谐波相位，服从随机变量的均匀分布，p为圆柱轮廓的采样截面数，n为各截面的采样点数，