一種螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及螺旋槳在線測(cè)量與加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螺旋槳不均勻加工余 量調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺旋槳是造船工業(yè)中十分重要的典型鑄造零件，其制造品質(zhì)的優(yōu)劣對(duì)艦船隱蔽 性、動(dòng)力性能和穩(wěn)定性能有著巨大的影響。傳統(tǒng)的螺旋槳制造采用先測(cè)量后加工的工序， 工程師通過(guò)毛坯測(cè)量檢查毛坯有否有加工余量、確定加工區(qū)域及余量。在針對(duì)毛坯測(cè)量數(shù) 據(jù)分析的過(guò)程中常出現(xiàn)部分區(qū)域切削量過(guò)多、部分區(qū)域無(wú)切削量的問(wèn)題。工程師人工調(diào)整 設(shè)計(jì)模型位姿可以解決上述問(wèn)題，但是調(diào)整過(guò)程耗時(shí)高、效率低下。隨著計(jì)算機(jī)信息化的發(fā) 展，基于測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輔助定位已可以實(shí)現(xiàn)，采用這一方法結(jié)合螺旋槳設(shè)計(jì)工藝能夠 在滿足公差標(biāo)準(zhǔn)的前提下實(shí)現(xiàn)螺旋槳毛坯模型與設(shè)計(jì)模型的快速匹配，確保毛坯加工余量 均勻，提高葉片的加工質(zhì)量。
[0003] 螺旋槳的槳葉是一組多向傾斜、變化曲率的復(fù)雜曲面，表征槳葉幾何形狀的面和 線多數(shù)呈現(xiàn)彎曲、傾斜、扭旋并存的特點(diǎn)。復(fù)雜曲面匹配算法可分為兩大類：確定性方法和 隨機(jī)方法。確定性方法可以極快沿優(yōu)化定位的方向搜索最優(yōu)解，但是容易陷入局部最優(yōu)；隨 機(jī)方法不易陷入局部最優(yōu)情況，但是無(wú)法保證在有限步數(shù)內(nèi)找到全局最優(yōu)解。大多數(shù)優(yōu)化 定位問(wèn)題采用局部搜索算法產(chǎn)生的最終解，其最終解質(zhì)量在很大程度上取決于初始解的選 取。隨著組合優(yōu)化領(lǐng)域的發(fā)展，模擬退火算法目前已在工程中得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。模 擬退火算法作為全局最優(yōu)算法，是局部搜索算法的擴(kuò)展，其通過(guò)改變接收優(yōu)化解的準(zhǔn)則有 著尋找全局極小方面的優(yōu)越性。然而，針對(duì)螺旋槳工件定位問(wèn)題，目前尚沒(méi)有適用螺旋槳設(shè) 計(jì)工藝的模擬退火算法求解方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，來(lái)解決以上背景技 術(shù)部分提到的問(wèn)題。
[0005] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其包括如下步驟：
[0007] S1、利用測(cè)量裝置對(duì)毛坯模型、設(shè)計(jì)模型在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行建模并離散；
[0008] S2、比對(duì)毛坯模型和設(shè)計(jì)模型，求出每點(diǎn)的加工余量Cli和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，同時(shí) 記錄屯的正值數(shù)n，計(jì)算正值百分比；
[0009] S3、根據(jù)螺旋槳建模參數(shù)及公差標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算設(shè)計(jì)模型可調(diào)整范圍；
[0010] S4、根據(jù)狀態(tài)產(chǎn)生函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)新的變換矩陣；
[0011] S5、采用所述新的變換矩陣重新對(duì)比毛坯模型和設(shè)計(jì)模型，重復(fù)步驟S2 ;
[0012] S6、比較矩陣變換前后目標(biāo)函數(shù)，并更新變換矩陣和毛坯點(diǎn)集；
[0013] S7、重復(fù)步驟S4-S6,直到滿足內(nèi)循環(huán)終止準(zhǔn)則；
[0014] S8、判斷是否滿足外循環(huán)終止條件，如果滿足則停止搜索，否則重復(fù)步驟S4-S7 ;
[0015] S9、根據(jù)定位矩陣計(jì)算獲得當(dāng)前的螺旋槳調(diào)整量建模參數(shù)；
[0016] S10、利用當(dāng)前的螺旋槳調(diào)整量建模參數(shù)重新設(shè)置截面線型值點(diǎn)坐標(biāo)，建立設(shè)計(jì)模 型。
[0017] 特別地，所述步驟Sl具體包括：
[0018] 利用測(cè)量裝置沿螺旋槳截面線方向獲取毛坯表面測(cè)量點(diǎn)集P，結(jié)合設(shè)計(jì)模型點(diǎn)集 Q對(duì)毛坯模型、設(shè)計(jì)模型在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行建模并離散。
[0019] 特別地，所述步驟S2具體包括：
[0020] 對(duì)毛坯表面測(cè)量點(diǎn)集P中每一點(diǎn)Pi，求取設(shè)計(jì)模型Q上對(duì)應(yīng)最近點(diǎn)qi，求出每點(diǎn)的 加工余量(Ii= Il p ^qi Il 2和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 利用測(cè)量裝置對(duì)毛坯模型、設(shè)計(jì)模型在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行建模并離散； 52、 比對(duì)毛坯模型和設(shè)計(jì)模型，求出每點(diǎn)的加工余量di和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，同時(shí)記錄 屯的正值數(shù)n，計(jì)算正值百分比； 53、 根據(jù)螺旋槳建模參數(shù)及公差標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算設(shè)計(jì)模型可調(diào)整范圍； 54、 根據(jù)狀態(tài)產(chǎn)生函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)新的變換矩陣； 55、 采用所述新的變換矩陣重新對(duì)比毛坯模型和設(shè)計(jì)模型，重復(fù)步驟S2 ; 56、 比較矩陣變換前后目標(biāo)函數(shù)，并更新變換矩陣和毛坯點(diǎn)集； 57、 重復(fù)步驟S4-S6,直到滿足內(nèi)循環(huán)終止準(zhǔn)則； 58、 判斷是否滿足外循環(huán)終止條件，如果滿足則停止搜索，否則重復(fù)步驟S4-S7 ; 59、 根據(jù)定位矩陣計(jì)算獲得當(dāng)前的螺旋槳調(diào)整量建模參數(shù)； S10、利用當(dāng)前的螺旋槳調(diào)整量建模參數(shù)重新設(shè)置截面線型值點(diǎn)坐標(biāo)，建立設(shè)計(jì)模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟S1 具體包括： 利用測(cè)量裝置沿螺旋槳截面線方向獲取毛坯表面測(cè)量點(diǎn)集P，結(jié)合設(shè)計(jì)模型點(diǎn)集Q對(duì) 毛坯模型、設(shè)計(jì)模型在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行建模并離散。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟S2 具體包括： 對(duì)毛坯表面測(cè)量點(diǎn)集P中每一點(diǎn)Pi，求取設(shè)計(jì)模型Q上對(duì)應(yīng)最近點(diǎn)1，求出每點(diǎn)的加工 n 余量屯=| |pn| |2和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值』⑷=[Ik.-，同時(shí)記錄4的正值數(shù)n，計(jì) i=l 算正值百分比。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟S3 具體包括： 根據(jù)螺旋槳建模參數(shù)及公差標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算設(shè)計(jì)模型可調(diào)整范圍，即定位矩陣T的6個(gè)變量：平移值X，y,z及旋轉(zhuǎn)值a的變化范圍，具體如下： 左螺旋槳： 右螺旋槳： (1) 、
⑵ 并滿足方程： Ri=k*D/2 (3) tan<}) =p/ (jt*D) (4) 其中，X，Y，Z為笛卡爾坐標(biāo)系下每個(gè)螺旋槳型值點(diǎn)三維坐標(biāo)，坐標(biāo)系原點(diǎn)位于槳轂下端 面中心，以1號(hào)葉片中線在Z向的投影為X軸； 小為螺距角； x，y為型值點(diǎn)在二維圖紙坐標(biāo)，坐標(biāo)系以螺距線為x軸，基準(zhǔn)線為y軸；x為型值點(diǎn)X-基準(zhǔn)線至導(dǎo)邊距離b1; x為基準(zhǔn)線至導(dǎo)邊距離型值點(diǎn)X; y = ~yu； y = -y〇； h為軸向位置，ZK為縱斜值； 根據(jù)X，Y，Z的變化值確定變換矩陣T的x，y，z的變化區(qū)間，根據(jù)槳葉夾角和截面寬度 等參數(shù)確定變換矩陣T的a，0，Y的變化區(qū)間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟S4 具體包括： 根據(jù)狀態(tài)產(chǎn)生函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)新的變換矩陣，即對(duì)每個(gè)變量在可變化范圍內(nèi)給予一個(gè)隨 機(jī)擾動(dòng)，n為正值時(shí)，lk+1=nI_或者n為負(fù)值時(shí)，Ik+1=nImin，n是可正可負(fù)的 〇-1之間的隨機(jī)數(shù)，計(jì)算當(dāng)前值和之前的變量值之間的變化差值a| = |k+1-|k，計(jì)算對(duì)應(yīng) 的變化矩陣at。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟S5 具體包括： 對(duì)毛還表面測(cè)量點(diǎn)集P中每一點(diǎn)Pi變換后的點(diǎn)pk+1=pk*AT，求取對(duì)應(yīng)的最近點(diǎn)qk+1， n 求出每點(diǎn)的加工余量4+1=||口1;+「91;+1|| 2和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值€0 + 1)=乙||朽+1-沁41||、同 /=1 時(shí)記錄4+1的正值數(shù)n，計(jì)算正值百分比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟S6 具體包括：比較所述E(k)和E(k+1)，如果E(k+1) <E(k)，記憶器更新變換矩陣，同時(shí)更新 替換Pi;如果E(k+l)>E(k)，計(jì)算p=exp(-AE/kT)，如果大于[0, 1)區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，記憶 器更新變換矩陣，同時(shí)更新Pi，如果P小于[〇，1)區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，則記憶器仍保存原有變 換矩陣，Pi不變。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種螺旋槳不均勻加工余量調(diào)整方法，該方法克服了螺旋槳不均勻加工余量需要人工調(diào)整的不足，根據(jù)工藝公差和當(dāng)前的加工余量分布情況自動(dòng)調(diào)整設(shè)計(jì)模型位姿，在滿足公差標(biāo)準(zhǔn)的前提下實(shí)現(xiàn)螺旋槳毛坯模型與設(shè)計(jì)模型的快速匹配，確保毛坯加工余量均勻，提高葉片的加工質(zhì)量。
【IPC分類】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104699904
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510114572
【發(fā)明人】彭芳瑜, 閔壯, 鄭妍, 閆蓉, 李斌
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)無(wú)錫研究院, 華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日