【摘 要】
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自由曲面在工业制造中的应用日趋广泛,但其复杂多样给测量带来了新的挑战。五轴测量能实现连续式的扫描采样,常用于测量自由曲面,而其技术应用的关键在于规划优质的扫描轨迹,使其在满足测量要求的同时尽可能高效采样。但目前已有的五轴测量轨迹规划策略所生成的均为往复式扫描轨迹。往复式扫描中测针尖端须在曲面表面快速地往复摆动,迫使旋转轴频繁加减速,而各轴的受力突变将导致机器动态性能下降,从而影响测量精度及效率。根
【基金项目】
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国家自然科学基金“自由曲面五轴连续式测量轨迹生成、优化及速度规划”,项目编号51605178
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自由曲面在工业制造中的应用日趋广泛,但其复杂多样给测量带来了新的挑战。五轴测量能实现连续式的扫描采样,常用于测量自由曲面,而其技术应用的关键在于规划优质的扫描轨迹,使其在满足测量要求的同时尽可能高效采样。但目前已有的五轴测量轨迹规划策略所生成的均为往复式扫描轨迹。往复式扫描中测针尖端须在曲面表面快速地往复摆动,迫使旋转轴频繁加减速,而各轴的受力突变将导致机器动态性能下降,从而影响测量精度及效率。根据上述不足,本文提出了一种摆线式的五轴测量轨迹规划算法。该算法主要包含以下两部分:（1）规划测头轨迹,确定曲面测量区域及顺序——文中采用管状扫掠曲面法对首条测头轨迹及其子区域进行初始化,以无干涉及接触角条件为约束求解首条最优测头轨迹;以扩展测头轨迹及分区直至曲面被完整覆盖,若最后一条测头轨迹的生成产生重叠区域,则均匀化分布该区域,并偏置优化相应的测头轨迹。（2）规划扫描轨迹,确定测针尖端的扫描形式——根据最优测头轨迹定义给定步长下的摆线扫描圆,以采样点弓高误差为约束迭代求解最优摆线步长;沿测头轨迹,每求解一次最优步长便相应扩展一次摆线扫描圆,直至对应子区域被扫描圆完全覆盖,顺次平滑连接摆线扫描圆形成连续的摆线扫描轨迹。最后通过与多种测量方法进行实验对比,发现本文提出的摆线式扫描在测量过程中测针无需往复摆动,能有效避免旋转轴C轴的旋转方向、速度加速度以及受力突变。且实验结果显示,相比于其他方法,摆线式的平均扫描效率最高可提升约68%,表征机器动载荷的指标最多可减少95.14%,证明了本文所述方法能同时提高机器动态性能及测量效率。
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