自由曲面測量點(diǎn)分布的規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及零件加工制造檢測領(lǐng)域，具體涉及一種自由曲面測量點(diǎn)分布的規(guī)劃方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自由曲面是指不能由初等解析函數(shù)或二次函數(shù)進(jìn)行描述，而必須通過三次或更高 次函數(shù)進(jìn)行描述才能得到的曲面。航空、航天等現(xiàn)代裝備制造業(yè)中涉及到大量的自由曲面 零件的檢測工作，所涉及到的零件造型復(fù)雜、加工精度要求高，對零件的精密檢測技術(shù)提出 了極高的要求。
[0003] 曲面檢測的實(shí)質(zhì)是用一系列離散的采樣點(diǎn)提取曲面盡可能準(zhǔn)確的實(shí)際形狀信息， 因此曲面測量點(diǎn)的數(shù)量及分布將直接決定檢測過程的精度和效率，需要運(yùn)用一定的計(jì)算方 法進(jìn)行科學(xué)地規(guī)劃。對于自由曲面進(jìn)行等間距均勻采樣規(guī)劃是最為簡單易行的測量點(diǎn)規(guī)劃 方法，可以通過縮小或增大測量點(diǎn)間距從而在零件測量精度和效率之間取得平衡；但是等 間距采樣方法冰沒有考慮曲面不同位置的形狀特征，它在曲面的平順區(qū)域和復(fù)雜區(qū)域規(guī)劃 相同密度的測量點(diǎn)，這一方面可能使平順區(qū)域規(guī)劃過多的測量點(diǎn)從而降低曲面數(shù)字化的效 率，另一方面可能使復(fù)雜區(qū)域規(guī)劃過少的測量點(diǎn)從而降低曲面數(shù)字化的精度，因此這種測 點(diǎn)規(guī)劃方法不夠科學(xué)。
[0004] 實(shí)際上，曲面測量點(diǎn)的理想規(guī)劃方案應(yīng)當(dāng)是使測點(diǎn)分布的疏密跟隨曲面的形狀特 征而發(fā)生變化，即曲率越大測量點(diǎn)應(yīng)越密集，反之亦然。然而自由曲面不同位置的形狀特征 分布非常復(fù)雜，曲面的曲率變化沒有明顯的規(guī)律，因此需要設(shè)計(jì)合理的數(shù)值計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn) 基于其形狀特征自適應(yīng)測點(diǎn)分布規(guī)劃。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何實(shí)現(xiàn)基于形狀特征自適應(yīng)自由曲面測量點(diǎn)分布 規(guī)劃。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自由曲面測量點(diǎn)分布的規(guī)劃方法，包 括以下步驟：
[0009] S1、將自由曲面按照u，V方向分解為MXN個(gè)四邊形區(qū)域，并存儲每個(gè)四邊形區(qū)域 頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，M、N為正整數(shù)，初始化分割次數(shù)i為0 ;
[0010] S2、根據(jù)所述四邊形區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)高度坐標(biāo)和四邊形區(qū)域的中點(diǎn)高度坐標(biāo)，確 定四邊形區(qū)域是否需要進(jìn)一步分解；
[0011] S3、根據(jù)所述四邊形區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)高度坐標(biāo)和四邊形區(qū)域的中點(diǎn)高度坐標(biāo)，確 定測量點(diǎn)集合。
[0012] 優(yōu)選地，步驟S2具體為：
[0013] S21、設(shè)定分割誤差e。作為采樣參數(shù)，依次讀取每一個(gè)四邊形區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)的Z向 坐標(biāo)ZV1、ZV2、ZV3、ZV4，并得到四邊形中點(diǎn)的Z向坐標(biāo)ZM，定義tM= (ZVi+ZVjZVfZVj/4， 定義t=IZM-Z^M| ;
[0014] S22、將每個(gè)四邊形區(qū)域的t值與e。進(jìn)行比較，如果全部四邊形區(qū)域的t值都滿足 e。，則表明采樣條件滿足，執(zhí)行步驟S3 ;如果有任意四邊形區(qū)域的t>e。，則將整個(gè)自由 曲面在該四邊形區(qū)域進(jìn)一步分割，得到（2M-1)X(2N-1)個(gè)四邊形區(qū)域，將分割次數(shù)i加1， 返回步驟S21。
[0015]優(yōu)選地，步驟S3具體為：
[0016] S31、預(yù)設(shè)細(xì)分誤差E1作為濾波參數(shù)，所述濾波參數(shù)e1表示區(qū)域分割的疏密程 度，讀取第i次分割后的每個(gè)四邊形區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)Z向坐標(biāo)ZV/'ZV2(1)、ZV3(1)、ZV4(1)及其 中點(diǎn)z向坐標(biāo)z'（1)m，定義z'（1?= (zv/n+zv/kzv^+zv?1))/^，并得到參數(shù)t(1)= |Z(1) M_Z'（1)M|，將t'與￡1進(jìn)行比較，如果存在四邊形區(qū)域的t(1)<ei，則將該四邊形區(qū)域形 狀信息過濾，刪除該四邊形區(qū)域本次分割的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)Z(1)M;如果該四邊形區(qū)域的t(1)> ei，則該四邊形區(qū)域形狀信息被保留，儲存該四邊形區(qū)域本次分割的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)Z(1)M;直 到第i次分割的所有四邊形區(qū)域都完成判定；然后進(jìn)行第i_l次分割后各四邊形區(qū)域的判 定，直到完成第1次分割前，MXN多個(gè)四邊形區(qū)域的判定；
[0017] S32、輸出所有儲存的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)信息，形成測量點(diǎn)集合。
[0018] (三）有益效果
[0019] 本發(fā)明通過設(shè)計(jì)合理的數(shù)值計(jì)算方法，并提出了合理的自由曲面局部形狀特征的 判定參數(shù)和判定方法，不但能夠達(dá)成自適應(yīng)地根據(jù)曲面的局部特性來調(diào)整測量點(diǎn)的疏密， 實(shí)現(xiàn)基于形狀特征自適應(yīng)自由曲面測量點(diǎn)分布規(guī)劃，而且自由曲面在處理過程中保持一致 的四邊形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣有利于實(shí)現(xiàn)曲面后續(xù)依據(jù)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的重構(gòu)過程。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的方法中判定參數(shù)幾何含義示意圖；
[0022] 圖3為采用B樣條及貝塞爾造型方法獲得的自由曲面規(guī)劃得到測點(diǎn)的實(shí)例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的
【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自由曲面測量點(diǎn)分布的規(guī)劃方法，包括以 下步驟：
[0025] S1、將自由曲面按照u，V方向分解為MXN個(gè)矩形區(qū)域（此矩形區(qū)域?yàn)榈?層矩形 區(qū)域），并存儲每個(gè)矩形區(qū)域頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，M、N為正整數(shù)，初始化分割次數(shù)i為0 ;
[0026] S2、根據(jù)所述矩形區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)高度坐標(biāo)和矩形區(qū)域的中點(diǎn)高度坐標(biāo)，確定矩 形區(qū)域是否需要進(jìn)一步分解，具體步驟包括：
[0027] S21、設(shè)定分割誤差e。作為采樣參數(shù)，決定了分割區(qū)域的大面數(shù)量，依次讀取每 一個(gè)矩形區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)的Z向坐標(biāo)ZVpZV2、ZV3、ZV4，并得到矩形中點(diǎn)的Z向坐標(biāo)ZM，定義 Z，M= (ZVi+ZVZVZVj/4,定義t=IZMTMI'M及t的具體幾何含義如下圖2所 示，圖2中的"矩形區(qū)域"為對圖2中的"自由曲面部分"分割得到的對應(yīng)的矩形，分割的過 程將曲面近似為矩形；
[0028] S22、將每個(gè)矩形區(qū)域的t值與e。進(jìn)行比較，如果全部矩形區(qū)域的t值都滿足 t<e。，則表明采樣條件滿足，執(zhí)行步驟S3 ;如果有任意矩形區(qū)域的t>e。，則將整個(gè)自由曲 面在該矩形區(qū)域進(jìn)一步分割，得到（2M-1)X(2N-1)個(gè)矩形區(qū)域，將分割次數(shù)i加1，返回步 驟S21。至此完成了自由曲面的"采樣"階段。
[0029] S3、根據(jù)所述矩形區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)高度坐標(biāo)和矩形區(qū)域的中點(diǎn)高度坐標(biāo)，確定測 量點(diǎn)集合。步驟S3具體為：
[0030] S31、預(yù)設(shè)細(xì)分誤差E1作為濾波參數(shù)，所述濾波參數(shù)e1表示區(qū)域分割的疏密程 度，讀取第i次分割后的每個(gè)矩形區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)Z向坐標(biāo)ZV1(1)、ZV2(1)、ZV3(1)、ZV4(1)及其中點(diǎn) Z向坐標(biāo)Z' ⑴M，定義Z'(1)M= (ZVf+ZVf+ZV^+ZV,))/4,并得到參數(shù)t⑴=IZ(1)M-Z' ⑴ M|，將1與E1進(jìn)行比較，如果存在矩形區(qū)域的t(1)<ei，則將該矩形區(qū)域形狀信息過濾， 刪除該矩形區(qū)域本次分割的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)Z(1)M;如果該矩形區(qū)域的t(1)<ei，則該矩形區(qū) 域形狀信息被保留，儲存該矩形區(qū)域本次分割的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)Z(1)M;直到第i次分割的所有 矩形區(qū)域都完成判定；然后按照上述方式進(jìn)行第i-1次分割后各矩形區(qū)域的判定，再判定 第i-2次分割后的各矩形區(qū)域的判定，…，按此規(guī)律反向地依次判定，直到完成步驟S2第 1次分割前，步驟Sl分解得到的第1層的MXN多個(gè)矩形區(qū)域的判定；此過程為曲面的"濾 波階段"。
[0031] S32、輸出所有儲存的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)信息，形成測量點(diǎn)集合。
[0032] 圖3為采用B樣條及貝塞爾造型方法獲得的自由曲面規(guī)劃得到測點(diǎn)的實(shí)例圖。
[0033] 由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)合理的數(shù)值計(jì)算方法，并提出了合理的 自由曲面局部形狀特征的判定參數(shù)和判定方法，不但能夠達(dá)成自適應(yīng)地根據(jù)曲面的局部特 性來調(diào)整測量點(diǎn)的疏密，實(shí)現(xiàn)基于形狀特征自適應(yīng)自由曲面測量點(diǎn)分布規(guī)劃，而且自由曲 面在處理過程中保持一致的四邊形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣有利于實(shí)現(xiàn)曲面后續(xù)依據(jù)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的 重構(gòu)過程。
[0034] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自由曲面測量點(diǎn)分布的規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 將自由曲面按照u，V方向分解為MXN個(gè)四邊形區(qū)域，并存儲每個(gè)四邊形區(qū)域頂點(diǎn) 的三維坐標(biāo)，M、N為正整數(shù)，初始化分割次數(shù)i為O ; 52、 根據(jù)所述四邊形區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)高度坐標(biāo)和四邊形區(qū)域的中點(diǎn)高度坐標(biāo)，確定四 邊形區(qū)域是否需要進(jìn)一步分解； 53、 根據(jù)所述四邊形區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)高度坐標(biāo)和四邊形區(qū)域的中點(diǎn)高度坐標(biāo)，確定測 量點(diǎn)集合。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2具體為： 521、 設(shè)定分割誤差ε。作為采樣參數(shù)，依次讀取每一個(gè)四邊形區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)的Z向坐 標(biāo)ZV^ ZV2、ZV3、ZV4，并得到四邊形中點(diǎn)的Z向坐標(biāo)ΖΜ，定義Z' M = (ZVi+ZVjZVfZVj /4， 定義 t = I ZM-Z' m| ; 522、 將每個(gè)四邊形區(qū)域的t值與ε。進(jìn)行比較，如果全部四邊形區(qū)域的t值都滿足 ε。，則表明采樣條件滿足，執(zhí)行步驟S3 ;如果有任意四邊形區(qū)域的t> ε。，則將整個(gè)自由 曲面在該四邊形區(qū)域進(jìn)一步分割，得到（2Μ-1) X (2Ν-1)個(gè)四邊形區(qū)域，將分割次數(shù)i加1， 返回步驟S21。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S3具體為： 531、 預(yù)設(shè)細(xì)分誤差￡l作為濾波參數(shù)，所述濾波參數(shù)ε 1表示區(qū)域分割的疏密程度， 讀取第i次分割后的每個(gè)四邊形區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)Z向坐標(biāo)及其中點(diǎn)Z向坐標(biāo)Z'（1)M，定義，并得到參數(shù)t(1) = Z(1)M_Z'（1)M|，將t(1)與ε 1進(jìn)行比較，如果存在四邊形區(qū)域的t(1)< ε i，則將該四邊形區(qū) 域形狀信息過濾，刪除該四邊形區(qū)域本次分割的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)Z(1)M ;如果該四邊形區(qū)域的 t(1)< ε i，則該四邊形區(qū)域形狀信息被保留，儲存該四邊形區(qū)域本次分割的中點(diǎn)Z向坐標(biāo) Z(1)M ;直到第i次分割的所有四邊形區(qū)域都完成判定；然后進(jìn)行第i-Ι次分割后各四邊形區(qū) 域的判定，直到完成第1次分割前，MXN多個(gè)四邊形區(qū)域的判定； 532、 輸出所有儲存的中點(diǎn)Z向坐標(biāo)信息，形成測量點(diǎn)集合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自由曲面測量點(diǎn)分布的規(guī)劃方法，屬于零件加工制造檢測領(lǐng)域。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)合理的數(shù)值計(jì)算方法，并提出了合理的自由曲面局部形狀特征的判定參數(shù)和判定方法，不但能夠達(dá)成自適應(yīng)地根據(jù)曲面的局部特性來調(diào)整測量點(diǎn)的疏密，實(shí)現(xiàn)基于形狀特征自適應(yīng)自由曲面測量點(diǎn)分布規(guī)劃，而且自由曲面在處理過程中保持一致的四邊形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣有利于實(shí)現(xiàn)曲面后續(xù)依據(jù)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的重構(gòu)過程。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105069312
【申請?zhí)枴緾N201510523476
【發(fā)明人】劉濤, 李昂, 樊喜剛, 劉英智
【申請人】北京星航機(jī)電裝備有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月24日