CN112613084A - 一种连杆传动机构误差分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个实施例公开了一种连杆传动机构误差分析方法，该方法包括：在理想装配面下，构建全局坐标系和局部坐标系；计算零件的几何误差；根据所述几何误差，计算实际装配面坐标系下零件的实际坐标；根据所述实际坐标，计算所述零件在实际装配面下的实际位姿。该方法为进而为提高装配精度和优化装配工艺提供了支持。
Description
技术领域
本发明涉及制造质量预测与控制领域。更具体地，涉及一种连杆传动机构误差分析方法。
背景技术
目前，加工产生的几何误差中的形状误差的评价方法是在最小包容原理的基础上进行的，即用两个理想特征包络实际特征，通过调整两个理想特征的方向使二者之间的距离最小，得到的是一个标量值，而若干个零部件组装后形成的装配误差往往是通过蒙特卡罗法等求解，这种方法是建立在各装配工艺环节形成的装配误差是一种随机误差，得到的结果是一个统计意义上的估计值。这种方法不符合精密超精密加工系统误差起主导作用的规律，只能用于设计时的粗略估计，对指导精密装配无法起到定量指导作用。
装配过程中的制造不确定因素众多，如加工误差、表面质量、装配力误差等，以上制造不确定度对装配过程中误差累计导致的位姿不确定性影响，目前尚缺乏定量的测试和分析。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个实施例提供一种连杆传动机构误差分析方法，包括：
在理想装配面下，构建全局坐标系和局部坐标系；
计算零件的几何误差；
根据所述几何误差，计算实际装配面坐标系下零件的实际坐标；
根据所述实际坐标，计算所述零件在实际装配面下的实际位姿。
在一个具体实施例中，当研究对象为一个部件时，以部件作为零点建立全局坐标系，以零件或子部件作为零件建立局部坐标系，且下一个零件的局部坐标以上一个零件的局部坐标系为基准。
在一个具体实施例中，计算所述几何误差范围包括：
根据多连杆传动机构零件的特点，计算同轴度t的误差导致的零件的微小平移误差范围为
微小转角误差范围为
其中，L为零件母线的长度。
利用同轴度t计算零件的几何误差分量为D＝(δx,δy,δz,δθ,δφ,δψ)，其中，δx表示沿x轴平动的微小变动量，δy表示沿y轴平动的微小变动量，δz表示沿z轴平动的微小变动量,δθ表示绕x轴旋转的微小变动量，δφ表示绕y轴旋转的微小变动量，δψ表示绕z轴旋转的微小变动量。
在一个具体实施例中，在计算所述装配误差之前，根据实际装配面构建实际装配面坐标系，分别用x，y，z表示实际装配面坐标系的坐标原点在理想装配面坐标系上的三个坐标分量，分别用α，β，γ表示实际装配面的法向方向与理想装配面坐标系的三个夹角。
在一个具体实施例中，计算所述装配误差包括：
获取第i-1(i≥2)个零件在实际装配面坐标系中的实际坐标值Pi-1'，计算在第i个平面发生了平移误差和/或角度误差后的误差值
根据所述装配误差值计算得到第i个零件的在实际装配面坐标系下的坐标值为Pi'＝Di·Di'·Pi-1'，其中i＝1,2,3,...n，n为零件总数。
在一个具体实施例中，第一个零件的在实际装配面坐标系下的坐标值计算方法为，
获取第一个零件的理想装配面下局部坐标系的原点在基础零件的理想装配面下全局坐标系中的坐标值；
计算第一个零件发生的平移误差和/或角度误差后的误差值
D1＝(δx1,δy1,δz1,δθ1,δφ1,δψ1)；
计算得到第一个零件的在实际装配面坐标系下的坐标值为P1′＝D1·D1'·P0'，其中P0'＝(x0,y0,z0，1)T，为第一个零件的理想装配面下局部坐标系的原点在基础零件的理想装配面下全局坐标系中的坐标值。
在一个具体实施例中，所述第n个零件的实际坐标为所述连杆传动机构的框架中心的实际坐标。
在一个具体实施例中，计算所述实际位姿包括：
计算所述框架中心的实际坐标Pn'(xn'，yn'，zn')到所述框架中心在理想坐标系下的坐标Pn(xn，yn，zn)的距离为
本发明的第二个实施例提供一种计算机设备，包括处理器及存储在存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述程序时实现如第一个实施例中任一项所述的方法。
本发明的第三个实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一个实施例中任一项所述的方法。
本发明的有益效果如下：
本申请对具有互相牵制与耦合，多约束下的多连杆传动机构的多个具有几何误差的连杆装配面之间相互耦合的过程进行评价，可以计算出经过装配面间几何误差的累计，最终框架与地面之间的平行度，从而定量的判断零件几何误差与装配误差对最终装配精度的影响，进而为提高装配精度和优化装配工艺提供指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明一个实施例的连杆传动机构的误差分析方法流程图。
图2示出本发明的一个实施例的装配零件示意图。
图3示出本发明的一个实施例的理想装配面与实际装配面坐标系。
图4示出本发明的另一个实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，一种连杆传动机构的误差分析方法包括：
在理想装配面下，构建全局坐标系和局部坐标系；
建立全局坐标系OXYZ，X为轴线，Y为径向方向，Z为垂直于OXY面向上。对影响连杆机构在OYZ面内转动的各个零件建立局部坐标系，优选地，当研究对象为一个部件时，部件的坐标系就是全局参考坐标系，零件或子部件的坐标系就是局部参考坐标系，第i个零件的局部坐标以i-1个零件的局部坐标系为基准，以此类推。
在一个具体实施例中，按照从下到上，从左侧到右侧的顺序以此建立局部坐标系。即从基础坐标系出发，依次经过连杆前面部分的下半部分轴，连杆前面中间部分的轴，连杆上半部分轴，连杆左侧后面中间部分的轴，连杆后面下半部分的轴，再到连杆后面右侧下半部分的轴，连杆后面右侧中间部分的轴，连杆后面上半部分的轴，连杆前面右侧中间部分的轴，连杆前面右侧下半部分的轴，最后再回到全局坐标系。如图2所示，基础零件的坐标系O0X0Y0Z0为全局坐标系，其原点坐标为(0,0,0)；O1X1Y1Z1为第一个零件的局部坐标系，其原点坐标在全局坐标系中的坐标为(0,-80,0)；O2X2Y2Z2为第二个零件的局部坐标系，其原点坐标在第一个零件的局部坐标系中的坐标为(-26,0,46)，O3X3Y3Z3为第三个零件的局部坐标系，其原点坐标在第二个零件的局部坐标系中的坐标为(-35,-30,64)，以此类推。
计算零件的几何误差；
根据多连杆传动机构零件的几何误差只有位置误差的特点，计算同轴度t的误差导致的零件的微小平移误差的取值范围为
微小转角误差的取值范围为
其中，，L为零件母线的长度，
利用同轴度t计算零件的几何误差分量为D＝(δx,δy,δz,δθ,δφ,δψ)，其中，δx表示沿x轴平动的微小变动量，δy表示沿y轴平动的微小变动量，δz表示沿z轴平动的微小变动量,δθ表示绕x轴旋转的微小变动量，δφ表示绕y轴旋转的微小变动量，δψ表示绕z轴旋转的微小变动量。
构建实际装配面下的坐标系；
由于几何误差造成每个接触面均会偏离理想坐标系而需要描述的实际装配面形成的误差坐标系。将不同几何形体的理想装配面与实际装配面表示成向量形式，包括平面装配，轴与孔装配。将理想装配面坐标系表达成六维向量的形式如图3，其中，x，y，z分别是实际装配面坐标系的坐标原点在理想装配面坐标系上的三个坐标分量；α，β，γ分别表示实际装配面坐标系的法向方向与理想装配面坐标系的三个夹角。
根据所述几何误差，计算理想状态中与实际情况产生的装配误差；
获取第i-1(i≥2)个零件在实际装配面坐标系中的实际坐标值Pi-1'，计算在第i个平面发生了平移误差和/或角度误差后的误差值
根据所述装配误差值计算得到第i个零件的在实际装配面坐标系下的坐标值为Pi'＝Di·Di'·Pi-1'，其中i＝1,2,3,...n，n为零件总数。
在一个具体实施例中，基础零件的坐标系O0X0Y0Z0为全局坐标系，其原点坐标为(0,0,0)；O1X1Y1Z1为第一个零件的局部坐标系，其原点坐标在全局坐标系中的坐标为P1＝(0,-80,0)，利用同轴度t计算第一个零件的小位移旋量：
代入P1′＝D1·D1'·P0'的数学公式，得到P1′＝(0.0065，79.9998，0.0100)
同理可得，O2X2Y2Z2为第二个零件的局部坐标系，其原点坐标相对第一个零件的局部坐标系中的坐标为(-26,0,46)，利用同轴度t计算第二个零件的小位移旋量
代入P2′＝D2·D2'P1'的数学公式，D2'为第二个零件矩阵形式的点坐标，得到P2′＝(26.0158，80.001，46.0002)
以此类推，得到最后一个零件的实际装配面坐标系下的实际坐标为Pn'＝Dn·Dn'·Pn-1'
根据所述实际坐标，计算所述零件在实际装配面下的实际位姿。
由于零件在装配过程中，误差累计到框架的中心，所以第n个零件的实际坐标为所述连杆传动机构的框架中心的实际坐标。
计算所述框架中心的实际坐标Pn'(xn'，yn'，zn')到所述框架中心在理想坐标系下的坐标Pn(xn，yn，zn)的距离为
本发明的另一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现，在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
如图4所示，本发明的另一个实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。图4显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图4所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图4中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理器单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的一种连杆传动机构的误差分析方法。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种连杆传动机构误差分析方法，其特征在于，包括：
在理想装配面下，构建全局坐标系和局部坐标系；
计算零件的几何误差；
根据所述几何误差，计算实际装配面坐标系下零件的实际坐标；
根据所述实际坐标，计算所述零件在实际装配面下的实际位姿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当研究对象为一个部件时，以部件作为零点建立全局坐标系，以零件或子部件作为零件建立局部坐标系，且下一个零件的局部坐标以上一个零件的局部坐标系为基准。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述几何误差范围包括：
根据多连杆传动机构零件的特点，计算同轴度t的误差导致的零件的微小平移误差范围为
微小转角误差范围为
其中，L为零件母线的长度，
利用同轴度t计算零件的几何误差分量为D＝(δx,δy,δz,δθ,δφ,δψ)，其中，δx表示沿x轴平动的微小变动量，δy表示沿y轴平动的微小变动量，δz表示沿z轴平动的微小变动量,δθ表示绕x轴旋转的微小变动量，δφ表示绕y轴旋转的微小变动量，δψ表示绕z轴旋转的微小变动量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述装配误差之前，根据实际装配面构建实际装配面坐标系，分别用x，y，z表示实际装配面坐标系的坐标原点在理想装配面坐标系上的三个坐标分量，分别用α，β，γ表示实际装配面的法向方向与理想装配面坐标系的三个夹角。
5.根据权利要4求所述的方法，其特征在于，计算所述装配误差包括：
获取第i-1(i≥2)个零件在实际装配面坐标系中的实际坐标值Pi-1'，
计算在第i个平面发生了平移误差和/或角度误差后的误差值
根据所述装配误差值计算得到第i个零件的在实际装配面坐标系下的坐标值为Pi'＝Di·Di'·Pi-1'，其中i＝1,2,3,...n，n为零件总数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，第一个零件在实际装配面坐标系下的坐标值计算方法为，
获取第一个零件的理想装配面下局部坐标系的原点在基础零件的理想装配面下全局坐标系中的坐标值；
计算第一个零件发生的平移误差和/或角度误差后的误差值
D1＝(δx1,δy1,δz1,δθ1,δφ1,δψ1)；
计算得到第一个零件的在实际装配面坐标系下的坐标值为P1′＝D1·D1'·P0'，其中P0'＝(x0,y0,z0，1)T，为第一个零件的理想装配面下局部坐标系的原点在基础零件的理想装配面下全局坐标系中的坐标值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第n个零件的实际坐标为所述连杆传动机构的框架中心的实际坐标。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，计算所述实际位姿包括：
计算所述框架中心的实际坐标Pn'(xn'，yn'，zn')到所述框架中心在理想坐标系下的坐标Pn(xn，yn，zn)的距离为
9.一种计算机设备，包括处理器及存储在存储有计算机程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。
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