[发明专利]一种复杂零件关键特征参数的测头在机测量方法

权利要求书

1.一种复杂零件关键特征参数的测头在机测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)针对复杂零件不同区域和多个特征，首先确定单个测点接触路径规划，然后规划单个特征内的测量路径，接着再规划多个特征间的测量路径，最后连接出最优的整体测量路径；

步骤2)由测量程序测量得到标记点的实测点坐标值，进而计算关键特征参数，关键特征参数包括特征参数和误差参数；特征参数包括孔径、孔距的孔特征参数，壁高和壁厚的薄壁特征参数，以及腹板厚度特征参数；误差参数包括尺寸误差、孔同轴度误差、孔垂直度误差、面平面度误差、面轮廓度误差；

步骤3)通过CATIA CAA二次开发成CATIA的一个模块，借助CATIA的CAD内核，开发出测点标记、测量轨迹生成、测量仿真、测量程序生成、数据读入、误差计算、特征参数计算的功能模块，形成在机测量系统；

步骤4)在测量规划阶段，首先在软件平台进行测点标记，然后生成测量轨迹，并导出测量程序；接着，在机床上进行实际测量；最后，将测量结果导入在机测量系统，进行特征参数计算和显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1)的具体过程为：

1.1)单个测点接触路径规划：

测头在接触测点前降速，测头触发后返回到该点再加快速度，这个点即是换速点；

测头接触工件的点是接触点，接触点是在CAD模型上标注的位置，在标记测点的滞后位置定义一个偏移点，以此点作为实际测头要接触的测点；

编写测量程序时以此偏移点的坐标作为测量点，最终，单个测点的接触路径就是在起测点p_s减速，打开测头触发开关，测头沿测点法线方向进给，在实际接触点p_c停止，然后加速回到起测点；

1.2)特征内测点间路径规划：

单个特征内测点间路径需根据测点具体分布进行规划，在特征内测点间的移动时不考虑干涉，只有测点数量的区别，因此特征内的路径在确定后固定下来，每次在规划相同特征的路径时，直接应用，不需要重新规划；每个特征规划时先以最小测量点数进行规划，然后根据测点数量复制路径即可；

1.2.1)孔径测量路径规划：

单个孔特征的孔径测量时，测点需在同一个平面上，至少需要3个测点才能测出孔径；单个测点路径固定后，只需要在测点中选择一个入口，即测头从安全平面进入孔径的位置，然后其余测点按照顺序测量即可，最后一个测点的起测位置定义为出口，测头从出口位置退出特征到安全平面；

1.2.2)孔距测量路径规划：

孔距的测量需要求得两个孔的圆心坐标，若要确定每个孔的圆心，则每个孔至少需要3个测点，因此孔距测量时分成两个孔的孔径进行规划路径，在测完一个孔后退出到安全平面的轨迹，且测量孔距时要保证两个孔的孔截面是同一个平面；

1.2.3)孔垂直度测量路径规划：

孔垂直度测量时需要测出孔的轴线，因此孔内至少选择两个孔截面，测出两个截面的圆心即获得轴线，因此两个截面同样按照孔径测量规划路径，每个截面至少3个点；另外需要测出基面，根据面方程知需要至少3个点确定平面，取点时尽量保证测点分散；

1.2.4)薄壁壁厚和壁高测量路径规划：

采用最小二乘获取一个平面，并通过另一个面上的多个测点到该面距离的平均值来计算厚度或者高度，因此，平面上至少选取3个测点，且基准面上3个点尽量分散；

1.2.5)腹板厚度测量路径规划：

腹板厚度测量时，分隔两个平面的测量路径，每道路径都是一道单独的平面测量路径；

1.2.6)曲面测量路径规划：

曲面轮廓测量需要沿曲面方向标记测点，标记测点的数目取决于曲面的大小，至少要取两个截面进行标记；

1.3)特征间路径规划：

特征间路径看作为二维平面内的路径规划，二维平面内每个特征看作一个特征点，特征内路径规划本身已经不存在干涉，因此规划的依据就是找到特征间的最短测量路径，特征间路径的规划转化为TSP问题，其最短路径表示如下：

式中：t为时间；i,j和s为路径上的点；为t时刻点i和点j路径上的信息素；为t时刻点i和点j的启发式因子；α为τ相对重要程度；β为η相对重要程度；allowed_k为t时刻蚂蚁k所能选择的点集合；

从工件中含有的全部特征在空间中的分布特点进行分析，将所有需要测量的特征用圆圈进行标记，将这些标记投影到平面上，该平面即是测头在安全平面上需要经过的特征点；对标记的特征点使用蚁群算法优化，得到特征间的最短路径；

1.4)整体测量路径规划：

用特征间路径将多个单一特征内的路径串联起来，即获得整体测量路径。