本發(fā)明涉及一種逆向建模方法，具體地，涉及一種陰陽轉(zhuǎn)子的逆向建模方法。

背景技術(shù)：

在幾何量精密測量技術(shù)領(lǐng)域，存在一個(gè)普遍較難的測量問題，即復(fù)雜曲面零件參數(shù)的精密測繪及其逆向精確數(shù)模創(chuàng)建。

如圖1所示為陰陽轉(zhuǎn)子示意圖。陰陽轉(zhuǎn)子常應(yīng)用于壓縮機(jī)汽缸的工作過程，凸轉(zhuǎn)子又稱陽轉(zhuǎn)子，凹轉(zhuǎn)子又稱陰轉(zhuǎn)子，兩個(gè)轉(zhuǎn)子以互相反向旋轉(zhuǎn)的方式工作。

具體地，四頭結(jié)構(gòu)為陽轉(zhuǎn)子，六頭結(jié)構(gòu)為陰轉(zhuǎn)子。該陰陽轉(zhuǎn)子是某精密機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵零件，通過此對轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)精確控制液體壓力。陰陽轉(zhuǎn)子屬于進(jìn)口零件，所有曲面參數(shù)為未知，因國產(chǎn)化過程需要精密測繪其曲面參數(shù)并逆向創(chuàng)建精確數(shù)模，以便于加工制造。

當(dāng)前，對于此類帶有復(fù)雜曲面形狀的未知參數(shù)零件測繪，一般采用非接觸激光掃描測量技術(shù)獲取其相應(yīng)參數(shù)，再通過專用三維繪圖軟件數(shù)據(jù)處理而實(shí)現(xiàn)逆向數(shù)模創(chuàng)建。非接觸激光掃描測量技術(shù)對于大多數(shù)復(fù)雜曲面形狀零件測量或測繪具有速度快、測量過程直觀、操作較為簡單等特點(diǎn)，但是其逆向創(chuàng)建的三維數(shù)據(jù)模型參數(shù)準(zhǔn)確性不易驗(yàn)證；同時(shí)激光掃描測量精度較低，通常最高僅能達(dá)到0.05mm。因此，對于精度要求高(公差要求嚴(yán)于0.05mm)的零件，則不宜采用非接觸激光掃描測量技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其參數(shù)的測量或測繪。

對陰陽轉(zhuǎn)子是精密機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵零件，精度高(公差要求嚴(yán)于0.05mm)，其穩(wěn)定運(yùn)行對于機(jī)械設(shè)備性能影響顯著，因此非接觸激光掃描測量技術(shù)無法滿足該零件測量精度要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種陰陽轉(zhuǎn)子的逆向建模方法，包括步驟：

預(yù)測量步驟，使陰陽轉(zhuǎn)子與三坐標(biāo)測量儀對準(zhǔn)，并使三坐標(biāo)測量儀建立的基本坐標(biāo)系Z軸與陰陽轉(zhuǎn)子中心軸線重合；測量步驟，使用三坐標(biāo)測量儀在陰轉(zhuǎn)子上掃描測量陰轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/6段曲線，使用三坐標(biāo)測量儀在陽轉(zhuǎn)子上掃描測量陽轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/4曲線；參數(shù)構(gòu)造步驟，基于所述測量步驟中測量的數(shù)據(jù)擬合推算出建模參數(shù)螺旋升角創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型步驟，將掃描測量的陰轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/6段曲線的數(shù)據(jù)及其法向矢量以及陽轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/4段曲線的數(shù)據(jù)及其法向矢量導(dǎo)入三維繪圖軟件，之后創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型。反向測量驗(yàn)證步驟，將創(chuàng)建的陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行反向測量驗(yàn)證，若數(shù)據(jù)驗(yàn)證成立，則逆向建模成功，若數(shù)據(jù)驗(yàn)證不成立，則重復(fù)以上步驟直至驗(yàn)證成立。

進(jìn)一步地，所述預(yù)測量步驟包括將陰陽轉(zhuǎn)子置于三坐標(biāo)測量儀的工作臺上，并使得陰陽轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒槽的朝向與三坐標(biāo)測量機(jī)的X軸或Y軸平行，并將基本坐標(biāo)系建立在陰陽轉(zhuǎn)子的中心軸線上。

進(jìn)一步地，所述測量步驟包括使用三坐標(biāo)測量儀先預(yù)設(shè)待測齒槽起始掃描點(diǎn)及終止點(diǎn)、掃描步距和掃描速度，之后測頭以自動(dòng)模式沿著基本坐標(biāo)系X軸或Y軸進(jìn)給至待測齒槽預(yù)設(shè)的起始掃描點(diǎn)，當(dāng)測頭接觸上起始掃描點(diǎn)后，則開始自動(dòng)掃描采集3D曲線數(shù)據(jù)，掃描至終止點(diǎn)結(jié)束，并獲得陰轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/6段曲線及陽轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/4段曲線。

進(jìn)一步地，所述參數(shù)構(gòu)造步驟包括使陰轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/6段曲線及陽轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/4段曲線沿其中心軸線軸向旋轉(zhuǎn)α弧度，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/6段曲線與陰轉(zhuǎn)子頂部未旋轉(zhuǎn)徑向截面曲線線段處于同一齒面時(shí)及當(dāng)陽轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線的1/4段曲線與陽轉(zhuǎn)子頂部未旋轉(zhuǎn)徑向截面曲線線段處于同一齒面時(shí)，依據(jù)旋轉(zhuǎn)角α及徑向截面曲線段之間的軸向距離L，通過數(shù)據(jù)擬合推算出建模參數(shù)螺旋升角其中

進(jìn)一步地，所述創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型步驟包括通過旋轉(zhuǎn)陣列的方法構(gòu)造出陰轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線及陽轉(zhuǎn)子徑向截面封閉曲線，并通過濾掉粗大誤差數(shù)據(jù)、剪切多余部分并平滑處理，同時(shí)輸入擬合的參數(shù)螺旋升角進(jìn)行點(diǎn)云重構(gòu)和特征數(shù)據(jù)重構(gòu)，經(jīng)縫合形成封閉曲面并實(shí)體化，創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型。

進(jìn)一步地，開發(fā)陰陽轉(zhuǎn)子任一徑向截面3D曲線測量程序，并以陰陽轉(zhuǎn)子徑向截面曲線數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)名義值；運(yùn)行程序，三坐標(biāo)測量儀測頭在陰轉(zhuǎn)子零件相應(yīng)上、中、下三個(gè)部位掃描測量徑向截面1/6曲線段以及在陽轉(zhuǎn)子零件相應(yīng)上、中、下三個(gè)部位掃描測量徑向截面1/4曲線段，通過將三條陰轉(zhuǎn)子徑向截面1/6曲線段及三條陽轉(zhuǎn)子徑向截面1/4曲線段的數(shù)值與曲線標(biāo)準(zhǔn)名義值數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，評價(jià)三條陰轉(zhuǎn)子徑向截面1/6曲線段及三條陽轉(zhuǎn)子徑向截面1/4曲線段的線輪廓誤差σ₁、σ₂和σ₃，若σ₁＜0.05mm、σ₂＜0.05mm、σ₃＜0.05mm，則陰陽轉(zhuǎn)子建模成功，反之，則依序重復(fù)預(yù)測量步驟、測量步驟、參數(shù)構(gòu)造步驟、創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型步驟、反向測量驗(yàn)證步驟，直至陰轉(zhuǎn)子徑向截面1/6曲線段及陽轉(zhuǎn)子徑向截面1/4曲線段滿足線輪廓誤差為止。

進(jìn)一步地，截取出陰陽轉(zhuǎn)子在任一高度部位的徑向截面封閉曲線，選取陰轉(zhuǎn)子沿X軸或Y軸的齒槽徑向截面1/6曲線段及陽轉(zhuǎn)子沿X軸或Y軸的齒槽徑向截面1/4曲線段創(chuàng)建待測3D曲線，并在曲線特征參數(shù)中設(shè)置數(shù)據(jù)濾波、掃描點(diǎn)數(shù)和掃描速度，從而開發(fā)出陰陽轉(zhuǎn)子任一徑向截面3D曲線測量程序。

本發(fā)明的有益效果為：

1、只需要測量陰陽轉(zhuǎn)子頂部和底部附近兩條典型曲線段，掃描測繪工作量??；

2、采用數(shù)據(jù)擬合計(jì)算建模關(guān)鍵參數(shù)，建模效率高；

3、反向測量驗(yàn)證以曲面參數(shù)逼近誤差限獲取精確三維數(shù)據(jù)模型，理論誤差小。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1示出了陰陽轉(zhuǎn)子的示意圖；

圖2示出了陰陽轉(zhuǎn)子測繪曲線段的示意圖；

圖3示出了陽轉(zhuǎn)子反向驗(yàn)證的示意圖；

圖4示出了陰轉(zhuǎn)子反向驗(yàn)證的示意圖；

圖5示出了陰陽轉(zhuǎn)子逆向建模流程圖；

結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下：

1、陽轉(zhuǎn)子；2、陰轉(zhuǎn)子；3、基本坐標(biāo)系；4、法向矢量。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種陰陽轉(zhuǎn)子的逆向建模方法，如圖5所示，該方法主要由以下步驟組成，分別為預(yù)測量步驟、測量步驟、參數(shù)構(gòu)造步驟、創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型步驟、反向測量驗(yàn)證步驟。

預(yù)測量步驟主要為：如圖1所示，將陰轉(zhuǎn)子2和陽轉(zhuǎn)子1分別置于三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上，使其一個(gè)齒槽的朝向與三坐標(biāo)測量機(jī)X軸(或Y軸)平行，以便于三坐標(biāo)測量機(jī)測頭可以探入齒槽進(jìn)行測量。測量陰陽轉(zhuǎn)子軸線和頂部平面數(shù)據(jù)，將基本坐標(biāo)系3建立在陰陽轉(zhuǎn)子軸線上，基本坐標(biāo)系3的Z軸與陰陽轉(zhuǎn)子軸線重合，Z向零點(diǎn)位于頂部平面上，X軸與Y軸與機(jī)器坐標(biāo)系平行。

測量步驟主要為：陰陽轉(zhuǎn)子實(shí)體零件任一徑向截面曲線呈封閉旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，因此可沿陰陽轉(zhuǎn)子頂部和底部附近的徑向截面封閉曲線路徑，應(yīng)用三坐標(biāo)測量機(jī)先預(yù)設(shè)待測齒槽起始掃描點(diǎn)及終止點(diǎn)、掃描步距和掃描速度，然后測頭以自動(dòng)模式沿著基本坐標(biāo)系3的X軸向(或Y軸向)進(jìn)給至待測齒槽預(yù)設(shè)的起始掃描點(diǎn)，當(dāng)測頭接觸上起始掃描點(diǎn)后，則開始自動(dòng)掃描采集3D曲線數(shù)據(jù)，掃描至終止點(diǎn)結(jié)束。測量過程應(yīng)各掃描測量一段典型曲線段，即陰轉(zhuǎn)子取徑向截面封閉曲線的1/6段曲線，陽轉(zhuǎn)子取徑向截面封閉曲線的1/4段曲線，如圖2中(a)、(b)、(c)和(d)所示曲線段，示意圖上的箭頭列表示曲線各點(diǎn)的法向矢量4。注意選取待測典型徑向截面曲線段時(shí)應(yīng)確保測量過程不觸碰干涉測針為宜。

參數(shù)構(gòu)造步驟主要為：選取所測陰陽轉(zhuǎn)子底部典型徑向截面曲線段，使之沿軸向旋轉(zhuǎn)α弧度，當(dāng)其與頂部未旋轉(zhuǎn)徑向截面曲線段正好處于同一齒面上時(shí)，依據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算出該旋轉(zhuǎn)角α以及所測徑向截面曲線段之間的軸向距離L，通過數(shù)據(jù)擬合推算出建模關(guān)鍵參數(shù)螺旋升角取擬合值

創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型步驟：將掃描測量的陰陽轉(zhuǎn)子典型曲線段原始數(shù)據(jù)及其法向矢量導(dǎo)入專用三維繪圖軟件(比如NX、Pro-E、Solidworks等)，通過旋轉(zhuǎn)陣列的方法構(gòu)造出整條徑向截面封閉曲線，濾掉粗大誤差數(shù)據(jù)、剪切多余部分并平滑處理，可以擬合出較為理想的陰陽轉(zhuǎn)子徑向截面曲線，同時(shí)輸入擬合的關(guān)鍵參數(shù)螺旋升角進(jìn)行點(diǎn)云重構(gòu)和特征數(shù)據(jù)重構(gòu)，經(jīng)縫合形成封閉曲面并實(shí)體化，創(chuàng)建陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型。

反向測量驗(yàn)證階段：將創(chuàng)建的陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入三坐標(biāo)測量機(jī)反向測量驗(yàn)證。測量時(shí)，在導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)模型上，以垂直于三維數(shù)據(jù)模型軸線的平面，分別在三維數(shù)據(jù)模型任一高度部位使平面與之相截，可截取出陰陽轉(zhuǎn)子在任一高度部位的徑向截面封閉曲線，沿X軸向(或Y軸向)的齒槽徑向截面典型曲線段創(chuàng)建待測3D曲線，并在曲線特征參數(shù)中設(shè)置數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)和掃描速度，即可開發(fā)出陰陽轉(zhuǎn)子任意徑向截面3D曲線測量程序，以此徑向截面3D曲線數(shù)據(jù)為已知標(biāo)準(zhǔn)名義值數(shù)據(jù)列測量陰陽轉(zhuǎn)子實(shí)體零件。具體地，陰陽轉(zhuǎn)子置于三坐標(biāo)測量機(jī)工作臺原始位置未動(dòng)，此時(shí)通過測量使陰陽轉(zhuǎn)子基本坐標(biāo)系3與三維數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系重合，在陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型上、中、下三個(gè)部位分別截取三條待測齒槽徑向截面典型曲線段，開發(fā)出陰陽轉(zhuǎn)子徑向截面3D曲線測量程序，如圖3(a)-3(c)，圖4(a)-4(c)所示，示意圖上的箭頭列表示曲線各點(diǎn)的法向矢量4。之后運(yùn)行程序，三坐標(biāo)測量機(jī)測頭將自動(dòng)在陰陽轉(zhuǎn)子實(shí)體零件相應(yīng)上、中、下三個(gè)部位分別掃描測量徑向截面典型曲線段，掃描完成后，再評價(jià)三條被測徑向截面典型曲線段的線輪廓度誤差σ₁、σ₂和σ₃，即被測徑向截面典型曲線段實(shí)測值數(shù)據(jù)列與3D曲線標(biāo)準(zhǔn)名義值數(shù)據(jù)列之間的誤差關(guān)系，驗(yàn)證σ₁＜0.05mm、σ₂＜0.05mm、σ₃＜0.05mm是否成立。如果數(shù)據(jù)驗(yàn)證成立，則證明創(chuàng)建的陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型的偏差滿足要求，逆向建模成功；反之，則重復(fù)1至6步驟，直至三維數(shù)據(jù)模型的偏差滿足要求為止。至此，滿足偏差要求的陰陽轉(zhuǎn)子三維數(shù)據(jù)模型即已完成，編制調(diào)試好數(shù)控加工程序后，可以采用滿足條件的數(shù)控加工中心進(jìn)行加工制造，后續(xù)可進(jìn)行陰陽轉(zhuǎn)子成品零件檢測以判定加工制造質(zhì)量。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。