CN112033331B - 一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法 - Google Patents

一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及飞机几何量测量领域，具体的说是一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其包括：1）求解测针与孔不干涉的极限夹角α；2）以2α为间隔，产生机床节点Ai；3）求解与的机床摆角，建立集合X；4）在X中，求解不超过α的的元素的数量；5）取出元素数量最多的节点Aii；6）如果Yi是空集，减小间隔再次划分产生更密集的节点，重复上述的步骤3）~5）；7）去除Yi后，如果X是空集；如果X不是空集，重复步骤4）~6），直至X为空集。本发明能够依据三坐标测针的尺寸、群孔的测量参数等信息，实现尽量少的机床摆角下的群孔测量，减少需要标定的摆角，提高基于三坐标测针的群孔高精度测量的标定效率。

Description

一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法
技术领域
本申请涉及飞机几何量测量领域，具体的说是一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法。
背景技术
为满足飞机的连接强度需求，飞机零件一般存在数量较多的导孔，用以安装螺栓或铆钉。而随着飞机性能需求的提升，飞机零件更为曲面化、复杂化，使得零件上导孔的法向分布各异，对导孔的孔位和孔径的精度需求也更高。
当前，对孔的孔位和孔径的测量，一般是使用三坐标测针在三坐标测量机或者五轴机床上通过探头测量的方法进行测量。为避免测针在测量过程中出现干涉，测量时通常会使测针轴线（一般为测量机或五轴机床的摆角方向）与孔轴重合。这就要求，在测量每一个孔时首先得对每一个使用到的摆角进行误差标定和补偿，以减小探头的触测误差在不同摆角下受摆角误差、机床机械结构等因素的影响量。由于零件上导孔数量大成为群孔，各孔轴线各不相同，标定所有摆角将极大降低群孔测量检验的效率。因此，需要一种方法，在避免出现测针干涉的情况下，通过减少测量导孔所需要的摆角数量来减少所需标定的摆角数量，进而提高导孔测量标定效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，该方法能够依据三坐标测针的尺寸、群孔的测量参数等信息，实现尽量少的机床摆角下的群孔测量，减少需要标定的摆角，进而提高基于三坐标测针的群孔高精度测量的标定效率。
为实现上述技术效果，本申请技术方案如下：
一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，包括如下步骤：
1）依据测针和待测孔的特征参数，求解测针与孔不干涉的极限夹角α；
2）将测量机/机床的两个摆角的范围，以2α为间隔均匀划分，产生机床节点Ai；
3）求解与所有孔的轴线方向相同的机床摆角，以这些摆为元素建立集合X；
4）在X中，求解与各个节点的夹角不超过α的的元素的数量；
5）取出元素数量最多的节点Aii，其包含的元素对应的孔的集合Yi即为使用节点Aii对应的机床摆角测量的孔的集合；
6）如果Yi是空集，减小间隔再次划分产生更密集的节点，重复上述的步骤3）~5）；如果Yi不是空集，则从X集合中去除Yi；
7）去除Yi后，如果X是空集，完成群孔的测量摆角规划；如果X不是空集，重复步骤4）~6），直至X为空集，完成群孔的测量摆角规划。
优选地，所述间隔在2α到α之间，对于测量机/机床的两个摆角而言可以不同，可以将对应的摆角范围划分为整数份，且是对应摆角的分度的整数倍；
优选地，所述极限夹角α的求解方程为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
其中，测杆直径为d，测球直径为D，测量深度为Ａ，
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
为过渡参数。
优选地，所述极限夹角α，在按照公式求解后，需要减小E进行修正，E为孔轴方向的制造偏差的最大值；
优选地，所述d为测针测杆直径在制造公差范围内的最大值。
优选地，所述A为设计要求的孔测量深度与孔口所在曲面的最大制造偏差之和。
本发明的有益效果为：
通过本发明提供的方法可以依据三坐标测针的尺寸、群孔的测量参数等信息，实现尽量少的机床摆角下的群孔测量，减少需要标定的摆角，进而提高基于三坐标测针的群孔高精度测量的标定效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的机床节点Ai的产生方法。
图3为本发明减少测量群孔所需要的摆角数量的原理示意图。
图4为本发明实施例提供的测针与孔不干涉的极限夹角α的求解方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明专利并不限于本实例。
实施例1
一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，包括：
1）依据测针和待测孔的特征参数，求解测针与孔不干涉的极限夹角α；
2）将测量机/机床的两个摆角的范围，以2α为间隔均匀划分，产生机床节点Ai；
3）求解与所有孔的轴线方向相同的机床摆角，以这些摆为元素建立集合X；
4）在X中，求解与各个节点的夹角不超过α的的元素的数量；
5）取出元素数量最多的节点Aii，其包含的元素对应的孔的集合Yi即为使用节点Aii对应的机床摆角测量的孔的集合；
6）如果Yi是空集，减小间隔再次划分产生更密集的节点，重复上述的步骤3）~5）；如果Yi不是空集，则从X集合中去除Yi；
7）去除Yi后，如果X是空集，完成群孔的测量摆角规划；如果X不是空集，重复步骤4）~6），直至X为空集，完成群孔的测量摆角规划。
实施例2
图1为本发明实施例提供的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法的流程图，具体包含以下步骤：
1）依据测针和待测孔的特征参数，求解测针与孔不干涉的极限夹角α；
2）将测量机/机床的两个摆角的范围，以2α为间隔均匀划分，产生机床节点Ai；
3）求解与所有孔的轴线方向相同的机床摆角，以这些摆为元素建立集合X；
4）在X中，求解与各个节点的夹角不超过α的的元素的数量；
5）取出元素数量最多的节点Aii，其包含的元素对应的孔的集合Yi即为使用节点Aii对应的机床摆角测量的孔的集合；
6）如果Yi是空集，则表明剩余节点已经不能测量剩余的孔，则需要减小间隔再次划分产生更密集的节点，重复上述的步骤3）~5）；如果Yi不是空集，则从X集合中去除Yi；
7）去除Yi后，如果X是空集，则表明所有的孔都有了对应的节点，即所有孔都可以实现在对应节点的机床摆角下的测量，完成了群孔的测量摆角规划；如果X不是空集，则表明取出的节点Aii不能实现所有孔的测量，则重复步骤4）~6），直至X为空集，完成群孔的测量摆角规划。
图2为本发明实施例提供的机床节点Ai的产生方法，以间隔1和间隔2将测量机/机床的两个摆角均匀划分为整数份；所述间隔1和间隔2为机床/测量机对应的摆角1和摆角2的分度（最小转动角度）的整数倍，以避免机床/测量机不能定摆角在节点对应的摆角上；所述间隔1和间隔2调整范围为2α到α之间；2α为间隔可以保证与各节点夹角在α内的向量的集合不会产生交集进而减少求解Aii的次数，即减少测量群孔所需要的摆角的数量；α为间隔可以保证任意孔都可以被节点测量。当间隔减小时，不能被节点测量的方向的孔逐渐减少，但求解Aii的次数逐渐增大；当间隔大于2α时，Aii的次数将不再能被减小；当间隔小于α时，可以测量的方向的孔不再增多，因此间隔按照2α到α的方式进行减小，直至零件上的所有孔可以被测量。
图3为本发明减少测量群孔所需要的摆角数量的原理示意图。对于任意轴向不同的孔，只要存在一个测量机/机床摆角，使测针的测球与孔壁接触时测杆不与孔的测杆接触，则这些孔可以在该摆角下进行测量，实现一个摆角测量多个不同轴向的孔的测量，而不是每个孔都是用一个平行孔轴的摆角方向去测量，减少测量群孔需要的摆角次数，进而提高标定效率。
图4为本发明实施例提供的测针与孔不干涉的极限夹角α的求解方法。测杆直径为d，测球直径为D，测量深度为Ａ，则测球与孔壁相切、测杆与孔口接触时，有测针与孔不干涉的极限夹角α，其求解方程为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE005
考虑到探头的制造误差、零件的制造偏差，A需要依据零件型面的设计上偏差增加容差， d需要依据探针的制造上偏差增加容差。依据修正后的A、D和d求解的α，需要依据孔轴的制造偏差进行减小，作为最终的极限角度。
以上结合具体的实施例对本发明做了比较详细的说明，但这些具体的说明不应理解为对本发明的限制。应当理解，本领域普通技术人员在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）依据测针和待测孔的特征参数，求解测针与孔不干涉的极限夹角α；
极限夹角α的求解公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
将公式（1）代入公式（2）中得到
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（3）
其中，测杆直径为d，测球直径为D，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为过渡参数，A为测球球心到孔口上表面距离A；
所述d为测针测杆直径在制造公差范围内的最大值；
2）将测量机两个摆角或机床两个摆角的范围，以2α为间隔均匀划分，产生机床节点Ai；
3）求解与所有孔的轴线方向相同的机床摆角，以这些摆角为元素建立集合X；
4）在X中，求解与各个节点的夹角不超过α的元素的数量；
5）取出元素数量最多的节点Aii，其包含的元素对应的孔的集合Yi即为使用节点Aii对应的机床摆角测量的孔的集合；
6）如果Yi是空集，减小间隔再次划分产生更密集的节点，重复上述的步骤3）~5）；如果Yi不是空集，则从X集合中去除Yi；
7）去除Yi后，如果X是空集，完成群孔的测量摆角规划；如果X不是空集，重复步骤4）~6），直至X为空集，完成群孔的测量摆角规划。
2.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，所述2）中的间隔对于测量机两个摆角或机床两个摆角不同。
3.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，所述2）中的间隔将对应的摆角范围划分为整数份。
4.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，所述2）中的间隔是对应摆角的分度的整数倍。
5.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，所述2）中的间隔在2α到α之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，所述1）中的极限夹角α，在按照所述求解公式进行求解后，需要减小E进行修正，E为孔轴方向的制造偏差的最大值。
7.根据权利要求1所述的一种基于三坐标测针的群孔测量摆角规划方法，其特征在于，所述测球球心到孔口上表面距离A为设计要求的孔测量深度与孔口所在曲面的最大制造偏差之和。
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