筒状曲面的螺旋式扫描测量轨迹规划算法研究

摘要

随着制造业的高速发展，筒状曲面广泛应用于航空航天设备、光学仪器、医疗器械等领域中的高精密零件上，筒状曲面的测量是对其进行误差分析或模型重构的过程中至关重要的一步。目前，筒状曲面比较高效的测量方式主要是采用分区式五轴连续扫描测量，测量区域的划分方式制约了筒状曲面的测量效率。本文提出了一种针对筒状曲面的螺旋式扫描测量方式，并对螺旋式扫描测量轨迹规划算法进行了研究，目的是通过减少测头的非测量移动时间以及引导轨迹的长度，提高筒状曲面的测量效率。
　　螺旋式扫描测量轨迹规划算法主要包括以下流程：筒状曲面的偏置；偏置筒状曲面的三角化以及三角面片拓扑结构的构建；基于Harmonic映射的三角化后的筒状偏置曲面参数化，获得筒状偏置曲面的映射图形；在映射图形中规划导向线和间隔线，并通过映射图形中导向线和间隔线与三角面片的相交算法获得交点的位置比；根据交点的位置比生成螺旋导向线和螺旋间隔线；通过控制测头探针的前倾角和侧偏角生成螺旋线状的测头回转中心引导轨迹；基于二分迭代法生成摆动轨迹参考扫描曲线；基于引导轨迹和参考扫描曲线生成真实的测头探针针尖摆动扫描轨迹。
　　螺旋式扫描测量引导轨迹的长度是扫描测量效率的主要影响因素，综合考虑引导轨迹的长度和光顺性建立了引导轨迹的优化模型，并且只关心测头前倾角对引导轨迹长度和光顺性的影响；然后基于遗传算法、差分进化算法、粒子群算法三种优化算法对引导轨迹优化模型的进行了寻优；最后从引导轨迹曲线的长度、曲率、扰率以及构成引导轨迹离散点的接触角四个方面对优化前后引导轨迹进行了对比分析。
　　通过螺旋式扫描测量轨迹和分区式扫描测量轨的仿真试验和实际测量试验，以及对试验结果的对比分析与讨论，验证了基于本文研究的螺旋式扫描测量轨迹规划算法生成的扫描测量轨迹提高了筒状曲面扫描测量效率。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的来源

1.2 研究背景与意义

1.3 国内外研究概况

1.4 论文的主要研究内容

2 筒状曲面的参数化

2.1 筒状曲面的三角化

2.2 三角面片拓扑结构的构建

2.3 基于Harmonic映射的筒状曲面参数化

2.4 本章小结

3 螺旋式扫描测量轨迹规划的算法设计

3.1 扫描测量轨迹导向线和间隔线的规划

3.2 测头回转中心引导轨迹的生成

3.3 基于二分迭代法的参考扫描曲线生成算法

3.4 测头探针针尖摆动轨迹的生成算法

3.5 本章小结

4 螺旋式扫描测量引导轨迹的优化

4.1 引导轨迹优化模型的建立

4.2 引导轨迹优化模型的寻优过程

4.3 引导轨迹的优化分析

4.4 本章小结

5 扫描测量轨迹的试验验证与分析

5.1 扫描测量轨迹的仿真试验验证

5.2 扫描测量轨迹的测量试验验证

5.3 对比分析与讨论

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录I 攻读硕士学位期间申请的专利