[发明专利]一种球碗偶件精密装配的面型匹配方法

权利要求书

1.一种球碗偶件精密装配的面型匹配方法，其特征在于，球碗偶件的匹配方法如下：

1：采用三坐标仪对球、碗零件进行测量，并得到球、碗零件的点云数据；

2：确定球、碗零件的球心坐标和球度误差：其中，球心坐标和球度误差均通过最小二乘法计算得到，计算得到的数据与球、碗零件标准的球度误差进行比较，若球、碗零件的球度误差达到合格要求，则将其存入数据库并进行后续的操作，从而得到可以匹配的偶件；若球、碗零件球度误差未达到合格要求，则将该球、碗零件进行返修；

3：测量球碗偶件沿半径方向的径向间隙：

3.1：选取所述步骤2中达到合格要求的球、碗零件，并测量球、碗各对应测量点到球心距离的差值，通过各对应测量点差值得到球碗偶件配合间隙的分布图；

3.2：将测量所得到的点云移动到标准位姿，并将标准位姿设置在球心为(0,0,0)点的位置，且点云的轴线与向量(0,0,1)重合，第一测量点位于X轴上；

设球的第一测量点与X轴的夹角为θ，球心坐标为(x_c，y_c，z_c)，平移矩阵为T₁，绕Z轴的旋转矩阵为T₂，关于XOY平面对称变换矩阵为T₃；先将球、碗点云数据做齐次坐标变换，然后对变换后的点云数据进行坐标变换；其中，球、碗点云数据变换分别如式(1-1)、式(1-2)所示，其中P表示第一测量点调整到标准位姿后在X轴的坐标值；P₁表示第一测量点调整到标准位姿后在Z轴的坐标值；P₂表示第一测量点调整到标准位姿后在Y轴的坐标值；

P₁＝P*T₁*T₂ (1-1)

P₂＝P*T₁*T₂*T₃ (1-2)

其中，

3.3：当球、碗配合时，将球点云的位姿进行调整，以XOY平面为对称面进行对称变换；按照顺序对球、碗上的点进行编号，在达到精度要求的条件下对球碗上相同编号的点到球心的距离进行比较；并通过可视化的表达，得到球、碗配合径向间隙的分布图；

4：测量球碗偶件沿Z轴方向的径向间隙：

4.1：将球、碗坐标利用三次B样条插值方法进行插值，将插值后球、碗上对应点的Z坐标进行比较，绘制Z向间隙示意图；

4.2：分析径向间隙，并预先设置球碗匹配的Z向偏心量以调整球碗的配合间隙大小，并将球绕Z轴旋转任意角度后与碗进行匹配；

5：将球碗偶件虚拟配合实现Z向间隙的分布预测：所述步骤3、4中间隙的预测均建立在球心严格对正的基础上，但在实际装配中，很难保证球碗偶件的球心坐标严格重合，在X、Y、Z方向上均会存在安装偏心量，而偏心量的大小能够直接对球碗偶件配合间隙大小产生影响；将球、碗绕Z轴相对旋转，当球碗偶件在旋转一周的情况下间隙大小始终符合设计要求时，则检验合格；否则不合格，然后调用数据库中的其他零件分别进行装配间隙分析。

2.根据权利要求1所述的一种球碗偶件精密装配的面型匹配方法，其特征在于，所述步骤2中，球度未达到合格要求的球、碗零件，采用通过可视化的图样对球、碗零件的返修进行指导；其中可视化表达通过MATLAB编程实现。

3.根据权利要求1所述的一种球碗偶件精密装配的面型匹配方法，其特征在于，所述步骤3.3中，对球、碗上的点按照测量顺序进行编号，并且保证球、碗上相同编号点的大致位置相同，与实际装配中的情况吻合。

4.根据权利要求1所述的一种球碗偶件精密装配的面型匹配方法，其特征在于，所述步骤5中，当球碗偶件在工作状态下时，当球碗装配完毕后均需要将球、碗绕Z轴相对旋转，测试其相对运动过程中间隙大小的变化情况。