CN103093029A - 用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，包括：步骤一、自由曲面零件的定位；步骤二、确定该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面的位置关系；步骤三、改变该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面的位置关系；步骤四、将步骤三中的位置关系作为第一边界值，将第一边界值加上或减去本次步长作为第二边界值，根据该第一、第二边界值确定高度搜索优化区间；步骤五、减少该高度搜索优化区间直至获得一高度值。
Description
技术领域
本发明涉及机械辅助工具领域，特别涉及一种适用于任意类型的点阵式柔性工装中离散支承杆预调高度的计算。
背景技术
对于表面轮廓为自由曲面且刚性差的弹性薄壁件，传统的针对刚性体的六点定位原理和相应的工艺装备技术已不能适用这类零件的高效高精度加工，而基于多点支承技术的柔性工装系统是解决自由曲面零件加工的有效方法。多点支承技术的基本思想是将刚性支承曲面离散化，由一系列规则排列的支承杆与自由曲面零件形成的“点接触支承”代替传统的支承曲面。在多点支承技术中，需要解决的基本问题之一是计算出各支承杆的预调高度，以形成合适的包络面形状，这个形状直接决定了工件的定位和支承效果。
目前，对于支撑杆预调高度的计算大都基于数值解法，一次计算出所有支承杆的高度值，首先计算系统无法有效使用中间过程的信息，其次由于有些方法中要将原始的自由曲面零件数模进行格式转换，如将曲面三角网格化，因此损失了一部分精度。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于任意类型的点阵式柔性工装中离散支承杆预调高度的计算方法。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，包括：步骤一、自由曲面零件的定位；步骤二、确定该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面的位置关系；步骤三、改变该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面的位置关系；步骤四、将步骤三中的位置关系作为第一边界值，将第一边界值加上或减去本次步长作为第二边界值；步骤五、减少该高度搜索优化区间直至获得一高度值。
更进一步地，该步骤二中该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面相交时，该步骤三中改变该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面使其不相交。
更进一步地，该步骤二中该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面不相交时，该步骤三中改变该支承杆顶端球的初始位置与该自由曲面零件下表面使其相交。
更进一步地，该步骤五中利用区间消去法减少该高度搜索优化区间。
更进一步地，其特征在于，该方法还包括步骤六、按照步骤一至五中的顺序计算第二支承杆的高度值。
现有技术相比较，本发明所公开的适用于任意类型的点阵式柔性工装中离散支承杆预调高度的计算方法具有诸多技术优点，具体包括：第一、本技术方案不存在复杂的数学模型，方法简单，易于理解，实用性强，只需调整构造半球面或者半圆弧即可应用于任意结构的支承杆；第二、本技术方案所提供的计算过程可视，用户可以直观观察到支承杆构造半球面或者半圆弧与自由曲面零件下表面的相交从曲线到点的变化过程，从而增加计算的可信度和透明化；第三、本技术方案中不存在格式转换导致的精度损失的问题，以及其他一些损失计算精度的操作，因此计算精度高。第四、本技术方案计算过程中包含大量的中间信息，可以根据需要利用这些中间信息增加各种功能，扩展性强。如可在可靠计算支承杆高度的基础上增加支承杆自动筛选功能，满足某些特殊的加工情形，如激光切割、水刀切割等可能破坏边界处支承杆的情形。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的流程图；
图2是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的实施方式的流程图；
图3是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的实施方式的技术效果立体图；
图4是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的实施方式的技术效果侧视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
提供了一种应用范围广、精度高、结果信息丰富的点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，其特征在于：将每一根支承杆预调高度的计算过程视为一次优化过程，以支承杆的高度为优化变量，以支撑杆的高度方向为搜索方向，以支承杆顶端的球面与自由曲面零件下表面的点相交为优化目标展开搜索，从而不断对支承杆的高度进行调整，直至满足迭代终止条件。
如图1中所示，图1是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的流程图。该支承杆预调高度计算方法具体包括：
S1、自由曲面零件的定位；
S2、确定支承杆构造半球面或者半圆弧的初始位置，并判断构造半球面或者半圆弧与自由曲面零件下表面的初始相交状态。其中构造半球面或者半圆弧是指考虑支承杆顶端球面以及支承杆结构因素在内的综合结果，并且构造半球面或者半圆弧的初始位置不能完全处于自由曲面零件下表面的上方；
S3、根据初始相交状态，按照搜索区间的上下边界值必须让构造半球面或半圆弧与自由曲面零件下表面处于“相交状态-不相交状态”的原则，获得另一种状态，即如果初始相交，则调整构造半球面或者半圆弧的位置高度使其与自由曲面零件下表面不相交，或者初始不相交，调整使构造半球面或半圆弧与自由曲面零件下表面相交，构造半球面或半圆弧在临界相交点附近的上下两个状态的位置高度值即可作为搜索区间的两个边界值，从而确定优化区间；
S4、按照区间消去原理不断减小搜索区间，直至满足迭代终止条件；
S5、判断结果是否满足某些需求，如满足则输出结果，并继续下一个支承杆的计算。
从具体步骤中可以看出，本专利借鉴了优化设计的思想，将支承杆高度的计算视为一个优化过程。由于支承杆顶端与自由曲面零件接触的是一个球，所以在自由曲面零件覆盖区域内的支承杆必与任意的零件下表面有一个接触点，即必存在最优解；其次搜索方向完全确定，即支承杆的高度方向，不需要额外考虑计算优化方向，优化过程仅仅是一个简单一维搜索的过程，所以计算简单，收敛速度快，且由于一般工艺计算都安排在生产之前，且对一种待加工零件只需计算一次，所以完全可以满足实际生产需要。
以下本发明将以对飞机蒙皮加工进行支承杆预调高度计算作为一个具体的实施方式，以详细介绍如何实现本发明所公开的方法。
如图2中所示，图2是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的实施方式的流程图。S201、在软件中首先对飞机蒙皮进行定位，确定其相对底板的位置关系，其中底板用于固定和导向支承杆；S202蒙皮位置确定之后，用户手动选择蒙皮下表面需要与支承杆接触的区域，并根据实际工况输入支承杆接触点到蒙皮边界的安全阈值；S203随后，软件开始自动计算过程，首先计算蒙皮在底板平面的覆盖区域；S204从第一行的支承杆开始计算；S205依次判断某一行的支承杆有无在覆盖区域内的可能，S206首先判断第一行所有的支承杆有无在覆盖区域内的可能；如果有可能，S207则对这一行的支承杆依次进行判断是否在覆盖区域内，如果是，S208则首先对实际支承杆的位置度偏差进行补偿，然后按照上述优化计算步骤进行相交点计算；最后对相交点的位置进行判断，看其到蒙皮下表面边界的距离是否满足安全阈值，如果满足，则在底板上该支承杆的位置处自动生成支承杆，供用户直观查看接触情况，并将高度值录入结果文件；否则忽略该支承杆，进行下一步计算。S209依次计算完第一行的其他列的支承杆，S210直至第一行每一列均计算完毕。S211再依次计算第二行，S212直至每一行都计算完毕。判断计算结束，并输出计算结果。
如图3、4中示，图3是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的实施方式的技术效果立体图；图4是本发明所示出的支承杆预调高度计算方法的实施方式的技术效果侧视图。其中，若干支承杆104被放置于底板103之上，支撑杆104与底板103垂直。支承杆104的上端与蒙皮102接触形成若干相交点101。
与现有技术相比较，本发明所公开的适用于任意类型的点阵式柔性工装中离散支承杆预调高度的计算方法具有诸多技术优点，具体包括：第一、本技术方案不存在复杂的数学模型，方法简单，易于理解，实用性强，只需调整构造半球面或者半圆弧即可应用于任意结构的支承杆；第二、本技术方案所提供的计算过程可视，用户可以直观观察到支承杆构造半球面或者半圆弧与自由曲面零件下表面的相交从曲线到点的变化过程，从而增加计算的可信度和透明化；第三、本技术方案中不存在格式转换导致的精度损失的问题，以及其他一些损失计算精度的操作，因此计算精度高。第四、本技术方案计算过程中包含大量的中间信息，可以根据需要利用这些中间信息增加各种功能，扩展性强。如可在可靠计算支承杆高度的基础上增加支承杆自动筛选功能，满足某些特殊的加工情形，如激光切割、水刀切割等可能破坏边界处支承杆的情形。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，其特征在于，包括：
步骤一、自由曲面零件的定位；
步骤二、确定所述支承杆顶端球的初始位置与所述自由曲面零件下表面的位置关系；
步骤三、改变所述支承杆顶端球的初始位置与所述自由曲面零件下表面的位置关系；
步骤四、将步骤三中的位置关系作为第一边界值，将第一边界值加上或减去本次步长作为第二边界值；
步骤五、减少所述高度搜索优化区间直至获得一高度值。
2.如权利要求1所述的用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，其特征在于，所述步骤二中所述支承杆顶端球的初始位置与所述自由曲面零件下表面相交时，所述步骤三中改变所述支承杆顶端球的初始位置与所述自由曲面零件下表面使其不相交。
3.如权利要求1所述的用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，其特征在于，所述步骤二中所述支承杆顶端球的初始位置与所述自由曲面零件下表面不相交时，所述步骤三中改变所述支承杆顶端球的初始位置与所述自由曲面零件下表面使其相交。
4.如权利要求1所述的用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，其特征在于，所述步骤五中利用区间消去法减少所述高度搜索优化区间。
5.如权利要求1所述的用于点阵式柔性工装的离散支承杆预调高度计算方法，其特征在于，所述方法还包括步骤六、按照步骤一至五中的顺序计算第二支承杆的高度值。
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