[发明专利]一种加工质量检验中改进的点对曲面距离的计算方法

说明书

本发明公开一种加工质量检验中改进的点对曲面距离的计算方法，包括以下步骤：(1)将设计曲面S与目标点P之间的偏差定义为P到曲面S上最近点的最小距离，再将求解最小距离问题转化为寻找最近点问题；(2)根据奈奎斯特采样定理确定采样间隔，并沿着u，v方向分别分割曲面S，使曲面S成为带有网格点的网格；再计算曲面S上各个网格点到点P的距离；(3)通过分割逼近法搜索最小距离以及其对应的网格点，并在相邻面片区域进行再分割，将每次分割的分割步长减小到小于阈值为止；当分割步长小于给定的精度时，终止分割；点P到最后一次分割产生的新的网格点的距离即为所求设计曲面S与目标点P之间的偏差。本发明方法可显著提高效率。

技术领域

本发明属于加工误差几何测量领域，特别是涉及一种加工质量检验中改进的点对曲面距离的计算方法。

背景技术

自由曲面由于本身优良的几何特征被广泛的应用，复杂的几何特征使得加工制造比较困难，同时在最终的产品表面上会包含各种来源的加工误差。因此，一种准确有效的测量和质量评估方法是必要的。自由曲面加工质量检验需要一种精确有效的方法计算被检点与表面之间的距离。作为计量学领域的一个重要课题，相关的算法得到了广泛的应用和发展。文献[1]中采用共轭梯度法确定法向曲面模型与被测曲面模型的交点，并求解测点与交点之间的距离。启发式算法，如粒子群算法[2]和遗传算法,在计算点与曲面距离中也十分有效。Zhu[3-4]定义了符号点到曲面距离的函数，建立了微分运动模型，求出了曲面上最近的点。曲面分割法由于其规则简单、计算效率高，得到了广泛的应用。Xu与Chen[5]利用参数网格对曲面进行分割，将被检点到面片中心的最小距离定义为所需距离。He与Liu[6]对曲面进行分割，利用球面逼近微小的曲面片提高了传统曲面分割方法的效率和精度。Lang和Song[7]结合曲面分割法和序列二次规划(SQP)算法对自由曲面的轮廓误差进行了评估。然而，在现有的算法中分割数是根据经验确定的。在某些情况下，这样会导致计算陷入局部最优解的问题。本文提出了一种改进的曲面分割方法，通过分析了自由曲面的复杂性确定必需的分割数来提高计算精度。同时，为了提高计算效率，将每代分割数递减并收敛到一个合理的值。

参考文献：

[1]Shi J,Guo H.Research of Error Evaluation System on Free-formSurface[J].Journal of Donghua University,2006,32(5):75-76.(in Chinese)

[2]Guo H,Lin D J.Profile Error Computation of Complicated SurfaceBased on Particle Swarm Optimization[J].Journal of Donghua University,2008,34(3):274-273.(in Chinese)

[3]Zhu L M,Xiong Z H,Ding H,et al.A Distance Function Based Approachfor Localization and Profile Error Evaluation of Complex Surface[J].Journalof Manufacturing Science&Engineering,2004,126(3):542-554.

[4]Zhu L M,Zhang X M,Ding H,et al.Geometry of Signed Point-to-SurfaceDistance Function and Its Application to Surface Approximation[J].Journal ofComputing&Information Science in Engineering,2010,10(4):041003.