本發(fā)明屬于易變形超薄壁筒型件加工后的質(zhì)量(形位精度)評價(jià)方法,具體涉及根據(jù)在線檢測數(shù)據(jù)重構(gòu)出易變形筒形件模型，根據(jù)材料、筒形件與彈性變形的關(guān)系，通過有限元方法在筒形件內(nèi)部虛擬內(nèi)部加壓，使其達(dá)到彈性變形臨界狀態(tài)，根據(jù)形位精度相應(yīng)定義，獲得質(zhì)量評價(jià)模型，并與理想模型比較，完成質(zhì)量評價(jià)。評價(jià)筒型件加工質(zhì)量(形位精度)的方法,尤其適用于筒形截面曲線變化較平滑的超薄壁筒型件。

背景技術(shù)：

當(dāng)旋壓加工所涉及的超薄壁圓筒件具有直徑大、易變形等特點(diǎn)(例如直徑達(dá)Ф600～Ф624mm，壁厚約0.4～0.5mm，長度約4000mm，其直徑公差要求為±0.05mm，檢測精度要求±0.01mm)時，其結(jié)構(gòu)的特殊性決定其旋壓加工必須高要求，檢測方式必須高標(biāo)準(zhǔn)，其成型質(zhì)量(形位精度)的直接檢測會因尺寸、加工狀態(tài)、柔性及變形等因素導(dǎo)致無法直接測量或直接測量不準(zhǔn)確。為保證成型質(zhì)量，急需一種在線或在機(jī)，且可準(zhǔn)確的質(zhì)量(形位精度)評價(jià)方法。

在易變形件質(zhì)量(形位精度)的檢測領(lǐng)域中，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及精度需要，主要有在線、在機(jī)及離線三種模式。由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)超柔性及易變形，常采用專用工裝支撐方式下的在機(jī)及離線檢測模式。如檢測平板、高度尺帶百分表(測平行度)、方箱(測垂直度)、偏擺儀(測軸類同軸度、跳動)、塞尺(測平面度)、圓度儀、三坐標(biāo)測量機(jī)等。對于易變形超薄筒形件，考慮成型質(zhì)量穩(wěn)定性及可修正性，離線檢測可能會面臨再次裝夾及修正，再次裝夾會導(dǎo)致加工基準(zhǔn)不重合及變形等因素，不符合產(chǎn)品制作需求。因此，在線或在機(jī)檢測成為優(yōu)先選擇。

現(xiàn)有的加工件成型質(zhì)量評價(jià)方法以離線、直接檢測為主，主要對剛性件、尺寸不大且形狀不復(fù)雜的工件。對于易變形的薄壁件、復(fù)雜曲面、大尺寸的工件，無法準(zhǔn)確得出加工后質(zhì)量狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)對于易變形柔性筒形件成形質(zhì)量在線評價(jià)方面，尚未進(jìn)入到實(shí)際工程應(yīng)用?；谏鲜鰡栴}，對于大直徑超薄筒型件旋壓過程成型質(zhì)量(形位精度)檢測方面，迫切需要一種新的質(zhì)量評價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對該旋壓件成型質(zhì)量(形位精度)的檢測，給加工過程提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及反饋修正依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種對超薄壁易變形筒形件成型質(zhì)量在線虛擬檢測評價(jià)的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：根據(jù)在線檢測數(shù)據(jù)所重構(gòu)的易變形筒形件曲面模型，結(jié)合材料、筒形件與彈性變形的關(guān)系，在筒形件內(nèi)部虛擬均布加壓，使其克服自身重力及其余彈性變形，達(dá)到實(shí)際使用時真實(shí)狀態(tài)，獲得待測件質(zhì)量評價(jià)模型，并與理想加工狀態(tài)模型比較，完成質(zhì)量評價(jià)。

所述旋壓過程中易變形筒型件質(zhì)量評價(jià)方法包括如下步驟：

(a)基于在線檢測數(shù)據(jù)的重構(gòu)模型。利用非接觸測量裝置，采取步進(jìn)式或螺旋式數(shù)據(jù)測量方式，獲得工件加工狀態(tài)輪廓信息；通過數(shù)據(jù)分析、剔除及處理，獲取待測件截面輪廓的真實(shí)位移數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為待測件外輪廓各位置測點(diǎn)的初始三維坐標(biāo)；利用曲線重構(gòu)算法完成截面輪廓重構(gòu)，然后根據(jù)軸向位置，完成軸向曲面輪廓重構(gòu)，得到待測件部分及全部的外形輪廓曲面模型；

(b)基于測量模型的CAE分析，對獲得的測量重構(gòu)模型，結(jié)合易變形筒形件材料性能、受力與彈性變形的關(guān)系，在筒形件內(nèi)部虛擬均布加壓，通過有限元方式使其達(dá)到真實(shí)使用時狀態(tài)，從而獲得真實(shí)質(zhì)量模型，選取質(zhì)量模型所關(guān)心部位，并與理想模型段比較，根據(jù)形位精度定義，完成質(zhì)量評價(jià)。

步驟1：根據(jù)旋壓加工特點(diǎn)及相應(yīng)旋壓加工參數(shù)，設(shè)計(jì)加工后理想模型，并將其模型導(dǎo)入到質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)軟件中；

步驟2：采用有限元分析法(CAE)對重構(gòu)后的工件曲面模型進(jìn)行各截面圓心約束、內(nèi)部均勻加壓，并結(jié)合工件材料性能、受力與彈性變形的關(guān)系，使其在彈性范圍內(nèi)，恢復(fù)得到真實(shí)使用時的有限元模型，形成質(zhì)量評價(jià)模型；

步驟3：根據(jù)模型狀態(tài)，以軸向坐標(biāo)選擇關(guān)心位置的模型段；

步驟4：將初始在線檢測的軌跡線映射到所拾取質(zhì)量評價(jià)模型上，并根據(jù)質(zhì)量評價(jià)模型的有限元模型，計(jì)算出n個橫截面的中心點(diǎn)O₁',O'₂,...,O'_n坐標(biāo)；

步驟5：以初始建立的理想質(zhì)量模型確定橫截面中心點(diǎn)坐標(biāo)O_K(x₀,y₀,z₀)，以及該薄壁零件結(jié)構(gòu)的半徑R_K；

步驟6：在第L個橫截面的輪廓線具有采集數(shù)據(jù)的m個測點(diǎn)，根據(jù)有限元分析后的評價(jià)模型，確定相應(yīng)m個測點(diǎn)的坐標(biāo)(x_i,y_i,z₀)i＝1,2,...,m；

步驟7：依據(jù)有限元分析后的評價(jià)模型，計(jì)算第P個橫截面的中心點(diǎn)坐標(biāo)為：O'_P(x₀+X_C,y₀+Y_C,z₀)，其中：

步驟7.1：圓柱度評價(jià)。

(1)取關(guān)心各截面的中心點(diǎn)O₁'和O'_m，確定直線L，并確定直線L通過O₁'和O'_m兩點(diǎn)；

(2)根據(jù)每個截面m測點(diǎn)及根據(jù)測點(diǎn)所映射到待測評價(jià)模型上的點(diǎn)，計(jì)算相應(yīng)橫截面輪廓線上的點(diǎn)到直線L的距離D，其距離的計(jì)算數(shù)據(jù)集合。取集合中的最大與最小值，由最大值減去最小值即可得到該超薄壁筒形件所關(guān)心段的圓柱度誤差，即圓柱度質(zhì)量評價(jià)信息。其中D＝{d₁₁,d₁₂,...,d_1m；...；d_n1,d_n2,...,d_nm}；

步驟7.2：尺寸、跳動及圓度評價(jià)。

(1)取與參考坐標(biāo)系距離為Z處位置截面，在前期分析時，其圓心位置與理想圓心位置設(shè)定為重合，其中心點(diǎn)設(shè)為O'_Z，結(jié)合截面m測點(diǎn)及根據(jù)測點(diǎn)所映射到待測評價(jià)模型上的測點(diǎn)及三維坐標(biāo)，計(jì)算m個測點(diǎn)到中心點(diǎn)O'_Z的R_Zm，其R_Zm的數(shù)據(jù)集合為R_Zm＝{R_z1,R_z2,...,R_zm}；利用該集合則可知道相應(yīng)工件尺寸情況；

(2)取R_Zm集合中的最大與最小值，由最大值減去最小值即可得到該超薄壁筒形件所關(guān)心位置的截面圓度信息，實(shí)現(xiàn)圓度誤差評價(jià)；

(3)在理想模型計(jì)算時，對應(yīng)截面的理想半徑為R_K，結(jié)合截面m測點(diǎn)及根據(jù)測點(diǎn)所映射到待測評價(jià)模型上的測點(diǎn)到中心點(diǎn)O'_Z的R_Zm集合，用R_Zm集合減去R_K，得到跳動集合值，設(shè)T＝{R_z1-R_K,R_z2-R_K,...,R_zm-R_K}，該集合中的最大與最小值的絕對值之和則為該截面的最大跳動，相應(yīng)集合則為該截面跳動信息狀態(tài)；

(c)通過上述步驟，并納入到開發(fā)的軟件系統(tǒng)中，則可根據(jù)選取段信息，得到相應(yīng)的質(zhì)量信息。其余質(zhì)量評價(jià)方法與此類似，不再重復(fù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明創(chuàng)新的提出了利用CAE法，提取基于易變形超薄筒形件旋壓加工后的成型真實(shí)質(zhì)量模型，從而對工件進(jìn)行在線或在機(jī)質(zhì)量評價(jià)(形位精度)的方法；實(shí)現(xiàn)了超薄壁筒型件成型精度的在線評價(jià)，解決了該類型結(jié)構(gòu)離線質(zhì)量檢測的不準(zhǔn)確問題，實(shí)現(xiàn)了在線模式，提高準(zhǔn)確度且提升了效率；利用該方法，可實(shí)現(xiàn)基于對待測工件的一次性全面檢測，從而獲取成型件質(zhì)量信息的方法，除了初始檢測表面信息輪廓的檢測設(shè)備外，無需用其它專門的檢測設(shè)備(如圓度檢測儀，外徑千分尺等量具)，節(jié)約了生產(chǎn)成本；本發(fā)明是一種高效率、高精度的超薄壁筒型件成型精度評價(jià)方法,與傳統(tǒng)直接測量并進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)方法相比，該方法具有更準(zhǔn)確、更快的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中超薄壁筒形件結(jié)構(gòu)的質(zhì)量評價(jià)(形位精度)流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，根據(jù)在線檢測數(shù)據(jù)所重構(gòu)的易變形筒形件曲面模型，結(jié)合材料、筒形件與彈性變形的關(guān)系，在筒形件內(nèi)部虛擬均布加壓，使其克服自身重力及其余彈性變形，達(dá)到實(shí)際使用時真實(shí)狀態(tài)，獲得待測件質(zhì)量評價(jià)模型，并與理想加工狀態(tài)模型比較，完成質(zhì)量評價(jià)。典型的質(zhì)量評價(jià)方法主要步驟如下：

步驟1：基于在線檢測數(shù)據(jù)的重構(gòu)模型。利用非接觸測量裝置，采取步進(jìn)式或螺旋式數(shù)據(jù)測量方式，獲得工件加工狀態(tài)輪廓信息；通過數(shù)據(jù)分析、剔除及處理，獲取待測件截面輪廓的真實(shí)位移數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為待測件外輪廓各位置測點(diǎn)的初始三維坐標(biāo)；利用曲線重構(gòu)算法完成截面輪廓重構(gòu)，然后根據(jù)軸向位置，完成軸向曲面輪廓重構(gòu)，得到待測件部分及全部的外形輪廓曲面模型；

步驟2：基于測量模型的CAE分析，對獲得的測量重構(gòu)模型，結(jié)合易變形筒形件材料性能、受力與彈性變形的關(guān)系，在筒形件內(nèi)部虛擬均布加壓，通過有限元方式使其達(dá)到真實(shí)使用時狀態(tài)，從而獲得真實(shí)質(zhì)量模型，選取質(zhì)量模型所關(guān)心部位，并與理想模型段比較，根據(jù)形位精度定義，完成質(zhì)量評價(jià)。

步驟2.1：根據(jù)旋壓加工特點(diǎn)及相應(yīng)旋壓加工參數(shù)，設(shè)計(jì)加工后理想模型，并將其模型導(dǎo)入到質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)軟件中；

步驟2.2：采用有限元分析法(CAE)對重構(gòu)后的工件曲面模型進(jìn)行各截面圓心約束、內(nèi)部均勻加壓，并結(jié)合工件材料性能、受力與彈性變形的關(guān)系，使其在彈性范圍內(nèi)，恢復(fù)得到真實(shí)使用時的有限元模型，形成質(zhì)量評價(jià)模型；

步驟2.3：根據(jù)模型狀態(tài)，以軸向坐標(biāo)選擇關(guān)心位置的模型段；

步驟2.4：將初始在線檢測的軌跡線映射到所拾取質(zhì)量評價(jià)模型上，并根據(jù)待評價(jià)質(zhì)量的有限元模型，計(jì)算出n個橫截面的中心點(diǎn)O₁',O'₂,...,O'_n坐標(biāo)；

步驟2.5：以初始建立的理想質(zhì)量模型確定橫截面中心點(diǎn)坐標(biāo)O_K(x₀,y₀,z₀)，以及該薄壁零件結(jié)構(gòu)的半徑R_K；

步驟2.6：在第L個橫截面的輪廓線具有采集數(shù)據(jù)的m個測點(diǎn)，根據(jù)有限元分析后的評價(jià)模型，確定相應(yīng)m個測點(diǎn)的坐標(biāo)(x_i,y_i,z₀)i＝1,2,...,m；

步驟2.7：依據(jù)有限元分析后的評價(jià)模型，計(jì)算第P個橫截面的中心點(diǎn)坐標(biāo)為：O'_P(x₀+X_C,y₀+Y_C,z₀)，其中：

步驟2.7.1：圓柱度評價(jià)。

(1)取關(guān)心各截面的中心點(diǎn)O₁'和O'_m，確定直線L，并確定直線L通過O₁'和O'_m兩點(diǎn)；

(2)根據(jù)每個截面m測點(diǎn)及根據(jù)測點(diǎn)所映射到待測評價(jià)模型上的點(diǎn)，計(jì)算相應(yīng)橫截面輪廓線上的點(diǎn)到直線L的距離D，其距離的計(jì)算數(shù)據(jù)集合。取集合中的最大與最小值，由最大值減去最小值即可得到該超薄壁筒形件所關(guān)心段的圓柱度誤差，即圓柱度質(zhì)量評價(jià)信息。其中D＝{d₁₁,d₁₂,...,d_1m；...；d_n1,d_n2,...,d_nm}；

步驟2.7.2：尺寸、跳動及圓度評價(jià)。

(1)取與參考坐標(biāo)系距離為Z處位置截面，在前期分析時，其圓心位置與理想圓心位置設(shè)定為重合，其中心點(diǎn)設(shè)為O'_Z，結(jié)合截面m測點(diǎn)及根據(jù)測點(diǎn)所映射到待測評價(jià)模型上的測點(diǎn)及三維坐標(biāo)，計(jì)算m個測點(diǎn)到中心點(diǎn)O'_Z的R_Zm，其R_Zm的數(shù)據(jù)集合為R_Zm＝{R_z1,R_z2,...,R_zm}；利用該集合則可知道相應(yīng)工件尺寸情況；

(2)取R_Zm集合中的最大與最小值，由最大值減去最小值即可得到該超薄壁筒形件所關(guān)心位置的截面圓度信息，實(shí)現(xiàn)圓度誤差評價(jià)；

(3)在理想模型計(jì)算時，對應(yīng)截面的理想半徑為R_K，結(jié)合截面m測點(diǎn)及根據(jù)測點(diǎn)所映射到待測評價(jià)模型上的測點(diǎn)到中心點(diǎn)O'_Z的R_Zm集合，用R_Zm集合減去R_K，得到跳動集合值，設(shè)T＝{R_z1-R_K,R_z2-R_K,...,R_zm-R_K}，該集合中的最大與最小值的絕對值之和則為該截面的最大跳動，相應(yīng)集合則為該截面跳動信息狀態(tài)；步驟3：通過上述步驟，并納入到開發(fā)的軟件系統(tǒng)中，則可根據(jù)選取段信息，得到相應(yīng)的質(zhì)量信息。其余質(zhì)量評價(jià)方法與此類似，不再重復(fù)。