對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法技術

本發明專利技術公開了一種對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法，根據在線檢測數據所重構的易變形筒形件曲面模型，結合材料、筒形件與彈性變形的關系，在筒形件內部虛擬均布加壓，使其克服自身重力及其余彈性變形，達到實際使用時真實狀態，獲得待測件質量評價模型，并與理想加工狀態模型比較，完成質量評價。本發明專利技術是創新的提出了基于有限元的超薄壁易變形筒形件質量（形位精度）評價方法,在提供超薄壁筒型件加工狀態的同時，也提供其成型質量(形位精度)實時狀態。本發明專利技術是一種高效率、高精度的質量評價方法,具有更準確、更快的特點。可推廣應用到其他易變形、超薄壁、高精度工件的質量(形位精度)評價。

Method for on-line virtual inspection and evaluation of forming quality of super thin wall easily deformed tube shaped parts

The invention discloses a method for thin wall deformation of cylindrical parts forming quality of online virtual detection and evaluation, according to the variable cylinder data online detection of the reconstructed shape surface model, combined with the relationship between materials, cylindrical parts and the elastic deformation of the shaped parts of internal pressure in the tube uniformly distributed virtual to overcome their own, the gravity and elastic deformation, meet the actual use of real state, get a quality evaluation model to be tested, and compared with the ideal working state model, quality evaluation. The present invention is the innovation of the thin wall based on finite element deformation of cylindrical parts quality (position precision) evaluation method, in the provision of thin wall cylindrical parts processing state at the same time, also provide the molding quality (position precision) real-time status. The invention is a high efficiency and high precision quality evaluation method, and has the characteristics of more accurate and faster. It can be applied to evaluate the quality (shape and accuracy) of other easily deformed, super thin wall and high precision workpieces.

【技術實現步驟摘要】
對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法
本專利技術屬于易變形超薄壁筒型件加工后的質量(形位精度)評價方法,具體涉及根據在線檢測數據重構出易變形筒形件模型，根據材料、筒形件與彈性變形的關系，通過有限元方法在筒形件內部虛擬內部加壓，使其達到彈性變形臨界狀態，根據形位精度相應定義，獲得質量評價模型，并與理想模型比較，完成質量評價。評價筒型件加工質量(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。
技術介紹
當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(例如直徑達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，其結構的特殊性決定其旋壓加工必須高要求，檢測方式必須高標準，其成型質量(形位精度)的直接檢測會因尺寸、加工狀態、柔性及變形等因素導致無法直接測量或直接測量不準確。為保證成型質量，急需一種在線或在機，且可準確的質量(形位精度)評價方法。在易變形件質量(形位精度)的檢測領域中，因產品結構及精度需要，主要有在線、在機及離線三種模式。由產品結構超柔性及易變形，常采用專用工裝支撐方式下的在機及離線檢測模式。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、三坐標測量機等。對于易變形超薄筒形件，考慮成型質量穩定性及可修正性，離線檢測可能會面臨再次裝夾及修正，再次裝夾會導致加工基準不重合及變形等因素，不符合產品制作需求。因此，在線或在機檢測成為優先選擇。現有的加工件成型質量評價方法以離線、直接檢測為主，主要對剛性件、尺寸不大且形狀不復雜的工件。對于易變形的薄壁件、復雜曲面、大尺寸的工件，無法準確得出加工后質量狀態。現有技術對于易變形柔性筒形件成形質量在線評價方面，尚未進入到實際工程應用。基于上述問題，對于大直徑超薄筒型件旋壓過程成型質量(形位精度)檢測方面，迫切需要一種新的質量評價方法，實現對該旋壓件成型質量(形位精度)的檢測，給加工過程提供數據基礎及反饋修正依據。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法。為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：根據在線檢測數據所重構的易變形筒形件曲面模型，結合材料、筒形件與彈性變形的關系，在筒形件內部虛擬均布加壓，使其克服自身重力及其余彈性變形，達到實際使用時真實狀態，獲得待測件質量評價模型，并與理想加工狀態模型比較，完成質量評價。所述旋壓過程中易變形筒型件質量評價方法包括如下步驟：(a)基于在線檢測數據的重構模型。利用非接觸測量裝置，采取步進式或螺旋式數據測量方式，獲得工件加工狀態輪廓信息；通過數據分析、剔除及處理，獲取待測件截面輪廓的真實位移數據，并轉換為待測件外輪廓各位置測點的初始三維坐標；利用曲線重構算法完成截面輪廓重構，然后根據軸向位置，完成軸向曲面輪廓重構，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，對獲得的測量重構模型，結合易變形筒形件材料性能、受力與彈性變形的關系，在筒形件內部虛擬均布加壓，通過有限元方式使其達到真實使用時狀態，從而獲得真實質量模型，選取質量模型所關心部位，并與理想模型段比較，根據形位精度定義，完成質量評價。步驟1：根據旋壓加工特點及相應旋壓加工參數，設計加工后理想模型，并將其模型導入到質量評價系統軟件中；步驟2：采用有限元分析法(CAE)對重構后的工件曲面模型進行各截面圓心約束、內部均勻加壓，并結合工件材料性能、受力與彈性變形的關系，使其在彈性范圍內，恢復得到真實使用時的有限元模型，形成質量評價模型；步驟3：根據模型狀態，以軸向坐標選擇關心位置的模型段；步驟4：將初始在線檢測的軌跡線映射到所拾取質量評價模型上，并根據質量評價模型的有限元模型，計算出n個橫截面的中心點O1',O'2,...,O'n坐標；步驟5：以初始建立的理想質量模型確定橫截面中心點坐標OK(x0,y0,z0)，以及該薄壁零件結構的半徑RK；步驟6：在第L個橫截面的輪廓線具有采集數據的m個測點，根據有限元分析后的評價模型，確定相應m個測點的坐標(xi,yi,z0)i＝1,2,...,m；步驟7：依據有限元分析后的評價模型，計算第P個橫截面的中心點坐標為：O'P(x0+XC,y0+YC,z0)，其中：步驟7.1：圓柱度評價。(1)取關心各截面的中心點O1'和O'm，確定直線L，并確定直線L通過O1'和O'm兩點；(2)根據每個截面m測點及根據測點所映射到待測評價模型上的點，計算相應橫截面輪廓線上的點到直線L的距離D，其距離的計算數據集合。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心段的圓柱度誤差，即圓柱度質量評價信息。其中D＝{d11,d12,...,d1m；...；dn1,dn2,...,dnm}；步驟7.2：尺寸、跳動及圓度評價。(1)取與參考坐標系距離為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定為重合，其中心點設為O'Z，結合截面m測點及根據測點所映射到待測評價模型上的測點及三維坐標，計算m個測點到中心點O'Z的RZm，其RZm的數據集合為RZm＝{Rz1,Rz2,...,Rzm}；利用該集合則可知道相應工件尺寸情況；(2)取RZm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心位置的截面圓度信息，實現圓度誤差評價；(3)在理想模型計算時，對應截面的理想半徑為RK，結合截面m測點及根據測點所映射到待測評價模型上的測點到中心點O'Z的RZm集合，用RZm集合減去RK，得到跳動集合值，設T＝{Rz1-RK,Rz2-RK,...,Rzm-RK}，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，相應集合則為該截面跳動信息狀態；(c)通過上述步驟，并納入到開發的軟件系統中，則可根據選取段信息，得到相應的質量信息。其余質量評價方法與此類似，不再重復。與現有技術相比，本專利技術所具有的有益效果為：本專利技術創新的提出了利用CAE法，提取基于易變形超薄筒形件旋壓加工后的成型真實質量模型，從而對工件進行在線或在機質量評價(形位精度)的方法；實現了超薄壁筒型件成型精度的在線評價，解決了該類型結構離線質量檢測的不準確問題，實現了在線模式，提高準確度且提升了效率；利用該方法，可實現基于對待測工件的一次性全面檢測，從而獲取成型件質量信息的方法，除了初始檢測表面信息輪廓的檢測設備外，無需用其它專門的檢測設備(如圓度檢測儀，外徑千分尺等量具)，節約了生產成本；本專利技術是一種高效率、高精度的超薄壁筒型件成型精度評價方法,與傳統直接測量并進行質量評價方法相比，該方法具有更準確、更快的特點。附圖說明圖1為本專利技術實施例中超薄壁筒形件結構的質量評價(形位精度)流程圖。具體實施方式如圖1所示，根據在線檢測數據所重構的易變形筒形件曲面模型，結合材料、筒形件與彈性變形的關系，在筒形件內部虛擬均布加壓，使其克服自身重力及其余彈性變形，達到實際使用時真實狀態，獲得待測件質量評價模型，并與理想加工狀態模型比較，完成質量評價。典型的質量評價方法主要步驟如下：步驟1：基于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)利用非接觸測量裝置，采取步進式或螺旋式數據測量方式，獲得待測件加工狀態輪廓信息；通過數據分析、剔除，獲取待測件截面輪廓的真實位移數據，并轉換為待測件外輪廓各位置測點的初始三維坐標；利用曲線曲面重構算法實現模型重構，得到輪廓曲面模型；2)結合超薄壁易變形筒形件旋壓成型特點及工藝參數，得到超薄壁易變形筒形件成型后的理想模型；3)基于測量模型的CAE分析，對獲得的輪廓曲面模型，結合易變形筒形件材料性能、受力與彈性變形的關系，在筒形件內部虛擬均布重復加壓與卸壓，通過多次虛擬均布加壓和卸壓獲得穩定的質量評價模型；選取穩定質量評價模型所關心部位，并與所述理想模型比較，根據形位精度定義，完成質量評價。

【技術特征摘要】
1.一種對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)利用非接觸測量裝置，采取步進式或螺旋式數據測量方式，獲得待測件加工狀態輪廓信息；通過數據分析、剔除，獲取待測件截面輪廓的真實位移數據，并轉換為待測件外輪廓各位置測點的初始三維坐標；利用曲線曲面重構算法實現模型重構，得到輪廓曲面模型；2)結合超薄壁易變形筒形件旋壓成型特點及工藝參數，得到超薄壁易變形筒形件成型后的理想模型；3)基于測量模型的CAE分析，對獲得的輪廓曲面模型，結合易變形筒形件材料性能、受力與彈性變形的關系，在筒形件內部虛擬均布重復加壓與卸壓，通過多次虛擬均布加壓和卸壓獲得穩定的質量評價模型；選取穩定質量評價模型所關心部位，并與所述理想模型比較，根據形位精度定義，完成質量評價。2.根據權利要求1所述的對超薄壁易變形筒形件成型質量在線虛擬檢測評價的方法，其特征在于，步驟3)的具體實現過程包括以下步驟：1)將所述理想模型導入到質量評價系統軟件中；2)采用有限元分析法對重構后的工件曲面模型進行各截面圓心約束、內部均勻加壓，并結合工件材料性能、受力與彈性變形的關系，使重構的輪廓曲面模型在彈性變形范圍內，形成質量評價模型；3)根據質量評價模型狀態，以軸向坐標選擇關心位置的模型段；4)將在線檢測的軌跡線映射到所拾取質量評價模型上，并根據待評價質量的有限元模型，計算出n個橫截面的中心點O′1,O'2,...,O'n坐標；5)以初始建立的理想模型確定第k個橫截面的中心點坐標OK(x0,y0,z0)，以及薄...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚建平，文學，黃濤，李新和，劉溯奇，曾樂，王帥，喻哲欽，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43