CN113074893A - 一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测方法

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；

3)本方法适用于各种摩擦系数和各种性能的扫描式测头，瞬时摩擦力变化规律曲线可由物理测量系统上进行测量实验获得。

附图说明

图1常规碰撞检测算法原理示意图；

图2考虑扫描式测头力学特性的碰撞检测算法原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和具体实施案例对本发明的方法进行详细地说明。

参见图1，常规碰撞检测算法在计算测头示值时，先根据测头与工件的空间相交状态，计算出测头与工件的交迭深度δ和交迭方向n₁。然后测头沿着交迭方向从B点回退到C点，回退距离δ＝|BC|，测头与工件的交点为A点。将δ分解到各坐标轴上得到测头各轴的示值δx、δy和δz。

参见图2，本发明将测头的传感器与测球分离，传感器输出是测球相对传感器偏移的距离。传感器位置用球心B表示，先根据传感器与工件的空间相交状态，计算出传感器与工件的交迭深度δ和交迭方向n₁。根据交迭深度计算出反弹力F1，根据运动关系计算工件与测球之间的摩擦力F2，从而计算出综合受力ΣF；然后测球沿着综合受力ΣF方向回退到测球与工件表面接触的位置，从而获得测球与传感器之间的距离为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。

实施例：

一种考虑扫描式测头受力特性的碰撞检测算法，本实施例是对处于接触状态下的测球相对于传感器的偏移方向与偏移量的计算，包括以下步骤：

步骤1)，参见图2，建立测量Oxyz坐标系；的测头由可沿着直线轴移动的传感器和一个可相对于位移传感器移动的测球两部分组成，传感器的输出为测球相对位移传感器的偏移量；

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参数；

步骤3)，计算传感器与工件的交迭深度δ和交迭方向n₁，计算测球受到的弹力F1大小与方向，F1＝K1*δ；

步骤4)，根据测球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＝Ks*F1；

步骤5)，计算测球的综合受力ΣF，测球沿着ΣF方然后测球沿着综合受力ΣF方向回退到D点，测球与工件表面接触，测头与工件的交迭深度＝0；重新计算测球与传感器的距离δ2＝|BD|，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。

以上为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (1)

1.一种考虑扫描式测头的受力特性的碰撞检测算法，其特征在于，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。

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