[发明专利]基于实测点云分形融合的带几何误差虚拟模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于实测点云分形融合的带几何误差虚拟模型构建方法，首先依据采样定理对实际零件进行表面部分点云采样；接着利用变粒度残差法求解表面三维分形维数；然后根据同异性判定，依据分形理论对零件进行表面预重构，再使用小波变换对预重构表面进行多尺度表面特征分解，并结合实际表面参数对不同频率的表面成分进行再重构，提取低频信号；最后得到融合实测点云的分形重构模型。本发明可用于在虚拟环境中构建机械产品表面模型，用于模拟几何公差信息。

技术领域

本发明涉及一种虚拟装配建模方法，具体涉及了一种基于实测点云分形融合的带几何误差虚拟模型构建方法。

背景技术

随着机械设计及制造水平的提高，机械加工零件的精度得到了极大的提高。然而零件表面的几何误差依然是不可避免的，机加工零件表面在微观层面具有自相似性。不规则的起伏包含了组成零件表面形貌的轮廓信息，这种特征除了影响零件的精度外，还会影响零件的耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳强度等，此外在装配层面直接决定了设备的装配精度、产品性能。

因此在先于产品的装配环节中，获取零件的真实、准确的表面结构信息，以模拟产品装配关键表面甚至整个零件表面，预测产品的装配性能，将产品的装配预测提前至产品的实际生产阶段之前，这对提高产品性能、设计效率具有重要的现实意义。

虚拟样机技术利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式探索虚拟物体功能，可实现产品的虚拟装配，并对产品可装配性能进行分析。然而目前带几何误差的虚拟样机研究仍不充分。因此构建带几何公差形状的表面模型对利用虚拟模型研究机械产品装配性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于实测点云分形融合的带几何误差虚拟模型构建方法，以解决机械产品虚拟装配建模中几何误差信息缺失问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于实测点云分形融合的带几何误差虚拟模型构建方法，包括以下步骤：

(1)利用坐标测量仪对零件表面部分进行点云采样，得到点云采样区域z(x,y)；点云采样的精度为s，取粒度ε的初始值为2s；

(2)划分残差计算域z(r,t)，计算区域残差均方根Δz(r,t)，从而得到残差均方根F(ε)并保留，包括以下子步骤：

(2.1)将步骤(1)得到的点云采样区域z(x,y)划分为单元网格边长为ε的元粒度网格网络，将一个单元网格区域作为一个残差计算域z(r,t)，则在元粒度网格网络的x、y方向上分别有R、T个粒度为ε的残差计算域z(r,t)，其中r＝1,2,...,R，t＝1,2,...,T；

(2.2)分别对残差计算域z(r,t)内部点进行平面拟合，得到拟合平面z_ni(x_i,y_j)；计算各残差计算域z(r,t)的区域残差均方根Δz(r,t)，计算公式如下：

其中，nr,nt分别为残差计算域z(r,t)在x,y方向上的点的数量；z(x_i,yj)为z(r,t)内部点的实际高度值。

(2.3)根据步骤(2.2)得到的区域残差均方根Δz(r,t)，通过下式计算残差均方根F(ε)并保留：

(3)设计三条线计算路径，分别划分二维残差计算域z(h)，计算二维残差均方根F₂(ε)并保留，包括以下子步骤：

(3.1)设计三条线计算路径，分别为沿步骤(1)得到的点云采样区域z(x,y)的x轴方向、y轴方向以及与x,y轴成45°方向；以线计算路径方向作为横坐标x′轴方向，将三条计算路径投影到新的x′-z二维坐标系中，则线计算路径可表示为z(x′)；