基于在机检测数据的工件位姿调整方法研究

《基于在机检测数据的工件位姿调整方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、国内图书分类号：TH164密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学硕士研究生学位论文基于在机检测数据的工件位姿调整方法研究年级2015姓名李勇申请学位级别工学硕士专业机械制造及其自动化指导老师马术文副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TH164U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisStudyonThePostureAdjustmentofWorkpieceBasedonOn-machineMeasurementDataGrade:2015Candidate:LiYongAca

2、demicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:MechanicalManufacture&AutomationSupervisor:AssociateProf.MaShuwenMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要复杂零件精密加工通常涉及一系列的工序。由于工件定位误差、变形误差、机床几何误差及其他误差因素的存在，可能导致每道工序余量分布不均匀，甚至出现超差。由此可见，余量分布对保证加工精度至关重要，而工件位姿对余量分布及工件精确定位影响显著。在机械加工中，由于多次装夹等原因，工件姿态容易发生变化，导致工件定位不准确

3、，从而也极易引起余量分布不均匀，因此有必要寻找一种方法以实时确保在加工过程中工件位姿的准确性。针对这种情况，本文结合在机检测技术，对工件位姿调整方法展开了相关研究，以期通过位姿的实时调整与控制保证工件的精确定位和余量分布均匀。其主要研究内容如下：(1)提出了基于测量点集与特征矢量的工件位姿调整算法。利用在机检测获取工件实际表面与对应模型表面的测量数据，通过特征面拟合的方法获取工件不同特征面的实际与理论特征矢量(柱面特征矢量为轴矢，平面特征矢量为法矢，曲面特征矢量为综合矢量)，将各实际与理论特征矢量与标准参考矢量进行耦合获得综合偏差矢量，根据综合偏差矢量与标准参考矢

4、量之间的空间误差关系，通过迭代配准算法获得最佳空间旋转与平移变换矩阵，实现测量数据与曲面模型的最佳匹配，最终完成多特征面复杂工件在多容差条件下的位姿调整与定位。(2)提出了基于测量点集与自适应差分进化算法的工件位姿调整算法。根据工件表面的实际与理论测量点集，开发了基于点集与自适应差分进化算法的分步匹配算法。该方法包括初始匹配与精确匹配两步，首先，在理论工件曲面与实际曲面上分别选取参考点建立对应的局部坐标系，通过局部坐标系的粗对齐求得初始匹配矩阵，并实现初始匹配；在精确匹配中，通过初始匹配后的点集建立了基于最小二乘距离的目标函数，利用自适应差分进化算法搜索使目标函数

5、值最小的解集，从而获得最佳精确匹配矩阵，通过两步匹配可获取最终的空间最佳匹配矩阵。该方法收敛速度快，匹配精度高，操作简单，易于编程实现。(3)工件位姿调整参数计算。根据特征匹配计算的最佳空间变换矩阵，结合五轴数控机床的结构及其对应的运动学方程获取机床调整参数，对机床进行调整，从而实现工件位姿的调整。(4)工件位姿调整自适应控制系统设计。基于上述匹配算法，利用MATLABGUI功能完成工件位姿调整自适应控制系统的开发与设计。工件位姿调整自适应控制系统西南交通大学硕士研究生学位论文第II页包括数据输入、配准计算、调整参数输出三个模块，通过可视化设计使其操作更加方便。最

6、后，采用本文所提工件位姿调整方法实现了S形试件的姿态调整与精确定位，进而验证了该方法的有效性与实用性。关键词：位姿调整；余量分布；最佳匹配；迭代配准；差分进化算法西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractPrecisionmachiningofcomplexpartsusuallyinvolvesaseriesofprocesses.Thereexistworkpiecelocationerror,distortionerror,machinetoolgeometricerrorandothermachiningerrorinpreviousproc

7、ess.Thesefactorsmayleadtoovercutorundercut(non-uniformallowancedistribution)ofsomesurfacesincurrentprocesseveniftheshapeoftheworkpiecemeetsthedesignrequirements.Therefore,theallowancedistributionisverysignificantforguaranteeingmachiningaccuracyofworkpiece.However,theworkpieceposemayha

8、veasi