[发明专利]一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法

权利要求书

1.一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法，其特征在于，该方法首先将超声测厚装置固定在机床主轴上，获取构件外廓测点坐标和对应点壁厚数据；其次，生成构件壁厚模型，根据要求的壁厚计算实际目标曲面，将实际目标曲面与待加工目标曲面进行点云匹配，建立剩余壁厚关联的待加工目标曲面；再次，通过计算待加工目标曲面中心与原始坐标中心的位置平移量完成修调量解算；最后，根据平移量进行加工代码补偿修正；具体步骤如下：

第一步，构件毛坯壁厚在机获取

刀柄(2)装于机床主轴(3)上；超声测厚装置(1)由刀柄(2)进行夹持，沿轨迹a扫描测量；超声测厚装置(1)通过超声线缆(4)与计算机(5)连接，计算机(5)实时完成对超声测厚装置(1)所得信号的处理，获取刀柄(2)所在机床坐标系测点坐标数据P＝{P_j(x_j,y_j,z_j)，j∈[1,n]}及测点处毛坯壁厚数据H＝{h_j,j∈[1,n]}；其中，P_j表示第j个测点坐标；h_j表示P_j对应点处毛坯壁厚，n为刀柄所在机床坐标系所有测点个数；

第二步，加工余量包容性分析

通过Shepard局部插值函数将测点坐标数据P构造得到构件外表面轮廓S₁；基于毛坯壁厚数据H，在构件外表面轮廓S₁的法线方向向内构建壁厚，得到构件实际内轮廓面S₄；已知设计壁厚数据H’，在实际内轮廓面S₄的基础上沿法方向向外构建壁厚，得到实际目标曲面S₂；

待加工目标曲面S₃具有几何不变性，通过与实际目标曲面S₂进行点云匹配确定位置；令实际目标曲面S₂的坐标数据Q为目标点云，待加工目标曲面S₃在机床坐标系下的坐标数据L为源点云；源点云经旋转矩阵R和平移矩阵T变换后与目标点云重合；

对源点云L经空间变换后的坐标数据G构造得到待加工目标曲面S₃；此时待加工目标曲面S₃与构件外表面轮廓S₁在法向上的对应点距离即为对应点处加工余量；

第三步，坐标原点平移量解算

计算实际内轮廓面S₄中心点O₁(x₁,y₁,z₁)，以此基准进行壁厚的修调，实现构件整体壁厚的最优，最终保证加工的精度与质量；实际内轮廓面S₄中心点O₁(x₁,y₁,z₁)到待加工目标曲面S₃中心点O₂(x₂,y₂,z₂)之间的平移量即为坐标原点平移量；其中，待加工目标曲面S₃中心点O₂(x₂,y₂,z₂)坐标值在X、Y坐标系下取得；只考虑坐标点在同一水平面内的平移，平移量Δx＝x₂-x₁，Δy＝y₂-y₁；

第四步，加工代码补偿修正

利用数控系统提供的6个构件坐标系G54～G59进行加工代码补偿修正；若构件半精加工在G54坐标系里面对刀，则精加工时首先修改刀路程序，采用不同的坐标系，输入平移量从而设定平移后的坐标系：

G5·X(Δx) Y(Δy) (3)

其中，G5·表示G55～G59坐标系；Δx，Δy为G5·坐标系原点在G54坐标系中的x轴和y轴坐标；

将式(3)所示命令增加在加工刀路轨迹代码起始位置，在此坐标系下继续精加工刀路完成加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步中，由于目标点云和源点云经空间变换后无法完全重合，最小化一个目标函数F判断是否满足匹配精度要求；计算目标函数F：

其中，F为目标点云Q与源点云L经点云匹配后的平均距离；点q_i(x_i,y_i,z_i)，l_i(a_i,b_i,c_i)为分别属于目标点云Q和源点云L的两个坐标点所构成的第i对匹配点坐标，i∈[1,t]，t为目标点云Q和源点云L全部匹配点对数；设与分别为目标点云Q与源点云L中心点坐标；中心点的x，y，z轴坐标通过对一组坐标数据内所有坐标点x，y，z轴坐标分别求均值所得；

计算满足匹配精度的阈值k：