[发明专利]一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测方法

说明书

本发明涉及一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测算法，该方法考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测算法，可以实现对工件扫描测量过程的测头真实偏移的仿真，解决了现有碰撞检测算法仅仅考虑物体之间的空间位置关系而无法实现正确仿真的问题；该方法适用范围广：适合于扫描式测量过程的碰撞仿真，测头与工件表面具有相对滑动，产生的摩擦力影响测头回退方向的场合，比如齿轮测量中心的扫描测量过程、圆度仪的扫描测量过程等；该方法适用于各种摩擦系数和各种性能的。

技术领域

本发明涉及测量系统仿真技术领域，具体涉及一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测方法。

背景技术

碰撞检测算法作为虚拟现实领域中的一个核心算法，国内外研究人员对其进行了大量的探索和研究。常规的碰撞检测算法有静态碰撞检测和动态碰撞检测，动态碰撞检测又分为连续碰撞检测与基于离散点的碰撞检测。

最初的碰撞检测仅仅是对物体的一个静态检测，物体是静止不动的，它们之间相互独立。该种检测经常应用于机械的虚拟装配中，判断装配过程中是否发生了干涉。最为自然的动态碰撞检测为连续碰撞检测，检测两个碰撞体在由T1运动到T2时刻的过程中是否发生碰撞，如果碰撞则返回第一碰撞点的位置和法线，由于算法复杂且费时很少采用。基于离散点的碰撞检测算法检测各时刻两个静态碰撞体之间是否交迭，如果没有交迭则返回它们最近点的距离，如果交迭则返回交迭深度和交迭方向。

常规的碰撞检测均仅仅考虑物体之间的空间关系，物体沿着接触的法线方向回弹，而忽略了运动的物体碰撞时其它受力特性的影响。而齿轮测量中心等测量系统的测量过程是一个扫描式测头在工件表面连续扫描测量过程，测头与工件之间产生相对滑动，测头受到弹力和摩擦力的综合影响从而导致测头的回弹方向偏离交迭方向，也就是说会受到其它受力特性的影响，因此常规碰撞的算法无法正确仿真扫描测量过程中的碰撞。

发明内容

本发明提供一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测算法，以解决现有碰撞检测算法无法是实现正确仿真的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的解决方案是一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测算法，包括以下步骤：

步骤1).扫描式测头由一个可随直线轴移动的传感器部分和一个可相对传感器移动的测球两部分组成，传感器的输出为测球相对传感器的偏移量；测量过程中测球与工件表面接触并相对工件表面滑动；

步骤2).将工件位置、工件速度和加速度参数、传感器位置、传感器速度和加速度、测球的位置作为动态碰撞检测算法的基本输入参数；

步骤3).根据传感器与工件的空间位置计算交迭深度δ和交迭方向n₁，并计算测球受到的弹力F1大小与方向；

步骤4).根据传感器与工件的相对运动速度和加速度计算测球与工件之间的瞬时摩擦系数Ks，并计算出瞬时摩擦力F2，瞬时摩擦系数Ks、相对运动速度和加速度的关系可在物理测量系统上进行测量实验获得；

步骤5).计算测球的综合受力ΣF，测球沿着综合受力ΣF方向回退到与工件表面接触的状态；并计算测球相对传感器的移动距离δ2，将δ2分解到各坐标轴上得到传感器输出的各轴分量δx、δy和δz；

步骤6).重复步骤2)-5)可计算得到测量各时刻传感器的输出。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测算法，可以实现对工件扫描测量过程的测头真实偏移的仿真，解决了现有碰撞检测算法仅仅考虑物体之间的空间位置关系而无法实现正确仿真的问题；

2)本方法适用范围广：适合于扫描式测量过程的碰撞仿真，测头与工件表面具有相对滑动，产生的摩擦力影响测头回退方向的场合，比如齿轮测量中心的扫描测量过程、圆度仪的扫描测量过程等；