李皓波 趙金 李芩晚 趙家印

1-2.中核建中核燃料元件有限公司 四川宜賓 644699

3.浙江萬里學(xué)院 浙江寧波 315101

4.南華大學(xué) 湖南衡陽 421001

1 三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)用

測量機(jī)對(duì)零件表面數(shù)據(jù)采集方法可以分為非接觸式和接觸式數(shù)據(jù)采集兩類。測量機(jī)的使用有重復(fù)性好、精度高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，是較為廣泛的接觸式測量設(shè)備。這一設(shè)備用于進(jìn)行連續(xù)掃描、數(shù)據(jù)采集和接觸數(shù)據(jù)采集的主要測量，如點(diǎn)位觸發(fā)是采數(shù)據(jù)采集是和零件表面形狀檢測能夠進(jìn)行表面的數(shù)字化場合的連續(xù)性掃描。接觸式測量方法可以用于大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集，其采集的數(shù)據(jù)速度較快，應(yīng)用于制造零件，測量誤差、側(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)冉佑|和非接觸式測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過研究主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

（1）接觸式測量方法能夠通過多傳感器進(jìn)行測量系統(tǒng)的功能發(fā)揮，通過主動(dòng)視覺系統(tǒng)和接觸是CMM集成，實(shí)現(xiàn)了曲面識(shí)別和視覺測量后的粗定位。非接觸式測量方法能夠進(jìn)行激光掃描頭和接觸掃描頭互換的做得測量系統(tǒng)運(yùn)行，高精度測量功能，在激光測投和接觸式測頭實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)的前提下完成坐標(biāo)測量。目前CMM測量中，對(duì)于一些自由曲面形成的復(fù)合曲面采用二維在線自動(dòng)補(bǔ)償方法進(jìn)行側(cè)頭半徑的關(guān)系處理，在測量后自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的側(cè)頭半徑補(bǔ)償，對(duì)一些規(guī)則性的形狀進(jìn)行表面的測量。考慮到對(duì)測量進(jìn)行離線、側(cè)頭半徑的三維補(bǔ)償，測量點(diǎn)補(bǔ)償方法如不適用于接觸式掃描密集數(shù)據(jù)的采集，可以運(yùn)用側(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以進(jìn)行密集數(shù)據(jù)的采集，并且在補(bǔ)償過程中能夠?qū)μ幚頃r(shí)間過長和精度不精確的現(xiàn)象進(jìn)行修正。例如一種四點(diǎn)共求法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測頭半徑的補(bǔ)償，在進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法運(yùn)用后，經(jīng)過對(duì)補(bǔ)償精度的分析，驗(yàn)證四點(diǎn)共球法可以滿足大多數(shù)工程測量[1]。

（2）側(cè)頭半徑三位補(bǔ)償模型，采用散亂測量數(shù)據(jù)，建立自組織特征映射SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上接觸掃描密集數(shù)據(jù)。測頭半徑三位智能化采集補(bǔ)償擁有了很好的測量效果。目前線性的測頭半徑補(bǔ)償包含微平面法、直接及算法、三角網(wǎng)格法，擬合補(bǔ)償法等。這些方法中均要應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)處理計(jì)算量大、不適合現(xiàn)場快速測量等特征，在吸取各項(xiàng)方法的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出新的補(bǔ)償方法四點(diǎn)共球法，這種方法遠(yuǎn)離較為簡單，簡單的法矢比就可以對(duì)三點(diǎn)進(jìn)行擬合精度補(bǔ)償。

2 三維智能計(jì)算補(bǔ)償模型采集和制作

測頭半徑三維智能補(bǔ)償能夠按照構(gòu)建的訓(xùn)練形式，對(duì)包含頂點(diǎn)的幾何信息進(jìn)行空間位置坐標(biāo)和頂點(diǎn)法矢量，拓?fù)湫畔⒌奈恢玫玫将@取，建立網(wǎng)格對(duì)測頭半徑進(jìn)行三維補(bǔ)償，得到矩形網(wǎng)格，沿網(wǎng)格頂點(diǎn)矢量方向進(jìn)行修正，使得網(wǎng)格頂點(diǎn)更加趨近于側(cè)頭球面[2]。

（1）微斜切面預(yù)購的曲面用參數(shù)方程進(jìn)行表示，P為曲面的笛卡爾坐標(biāo)，Q為曲面參數(shù)，表示矢量。

P=P（Q）

對(duì)上述公式進(jìn)行曲面參數(shù)的獲取，在復(fù)雜的非線性變換中，使用函數(shù)擬合測得的數(shù)字化點(diǎn)數(shù)群數(shù)據(jù)，可展開用于擴(kuò)展SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)而得，這一公式所構(gòu)造的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重矢量，能夠在微切平面方程的運(yùn)行下獲得微切平面曲面精度。

自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)陣列中的神經(jīng)元經(jīng)過SOFM組織學(xué)習(xí)算法，使得空間有序特征映射，通過算法擴(kuò)展獲得和建立映射關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)滿足神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重矢量。在調(diào)整算法的基礎(chǔ)上，按照ESOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)感受也數(shù)字化點(diǎn)群數(shù)據(jù)。分區(qū)的方法為：每組群中各自對(duì)應(yīng)相應(yīng)的子區(qū)域負(fù)責(zé)，用于計(jì)算相應(yīng)子區(qū)域的位置權(quán)重矢量[3]。

（2）構(gòu)建的巨型網(wǎng)絡(luò)模型和訓(xùn)練模式，可用于構(gòu)建微切平面，以及其他巨型網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建壓縮網(wǎng)格化密集散了數(shù)據(jù)并進(jìn)行改進(jìn)之后，加大了巨型網(wǎng)格邊的神經(jīng)元和鄰近的神經(jīng)元測點(diǎn)邊界區(qū)進(jìn)強(qiáng)度，減少了矩形邊緣誤差。

PS=PS’

3 測頭半徑補(bǔ)償?shù)姆抡嬖囼?yàn)

測頭半徑三維補(bǔ)償在被測點(diǎn)的法線上，位于接觸點(diǎn)的法矢關(guān)鍵點(diǎn)是進(jìn)行側(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)那娼ǔ桑瑯?biāo)志被測面的法向方向獲得測出球面的方針密集散亂測量點(diǎn)，進(jìn)行半徑補(bǔ)償模型的神經(jīng)元陣列的計(jì)算，在進(jìn)行側(cè)頭半徑的補(bǔ)償方針試驗(yàn)后，根據(jù)測量點(diǎn)信息的計(jì)算，ESOFM神經(jīng)網(wǎng)格經(jīng)過訓(xùn)練以后，得到頂點(diǎn)相應(yīng)的法式計(jì)算測頭與工件的接觸點(diǎn)及之后，畢竟接觸曲面的巨型網(wǎng)格。側(cè)頭半徑補(bǔ)償仿真實(shí)驗(yàn)分析采用球面分析的密集散亂測量典籍的仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行側(cè)頭半徑補(bǔ)償模型中的神經(jīng)元陣列，側(cè)頭半徑為1mm。

通過仿真實(shí)例我們可以看到，球心仿真測量采集點(diǎn)生成的巨型網(wǎng)格，其邊界點(diǎn)包含了165個(gè)，存在較為明顯的巨型網(wǎng)格邊緣誤差。經(jīng)過訓(xùn)練模式的仿真實(shí)驗(yàn)測頭球點(diǎn)經(jīng)過巨型網(wǎng)格和網(wǎng)格頂點(diǎn)處的法矢繪制，保證測量點(diǎn)擊邊界點(diǎn)及繪制了仿真接觸點(diǎn)及的邊界典籍，從中可以看到巨型網(wǎng)格邊緣誤差增大或減小，繪制仿真測量點(diǎn)擊的邊界點(diǎn)，即表示巨型網(wǎng)格頂點(diǎn)法矢方向?qū)?cè)頭半徑進(jìn)行三維補(bǔ)償，求取所有網(wǎng)格邊界頂點(diǎn)和點(diǎn)集中相應(yīng)的距離平均值，對(duì)于邊緣誤差進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)邊界點(diǎn)集的采樣密度邊緣誤差兩只有較大的影響。

4 結(jié)語

測量機(jī)智能三維補(bǔ)償原理簡單、計(jì)算速度快、運(yùn)算小，設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)能夠高度進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。傳統(tǒng)的側(cè)頭半徑補(bǔ)償理論基礎(chǔ)上，對(duì)側(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償。通過補(bǔ)償精度和運(yùn)算量可以較高的補(bǔ)償精度。當(dāng)前采用四點(diǎn)共球法等先進(jìn)方法，能夠適用于較多數(shù)的工程測量，具有很大的實(shí)用價(jià)值。測量機(jī)測頭半徑三維智能補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)法式與側(cè)頭半徑指得到頂點(diǎn)偏移點(diǎn)。