高精密機械零件的加工成本極高,為了避免由于設(shè)計錯誤造成的加工失敗。本文提出一種用于機械零件加工模擬的計算仿真技術(shù)。通過圖像處理的方式,準確模擬加工后零件的尺寸特征,在仿真過程中,采用邊緣擬合配合誤差補償?shù)姆椒?運用二乘法完成復(fù)雜元器件的擬合過程,為了保證的要求,運用擬合誤差補償技術(shù),的完成機械零件高加工模擬。計算機仿真實驗證明,本文方法下的零件擬合,能夠滿足要求,取得了令人滿意的結(jié)果。

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)自動化的不斷發(fā)展,相關(guān)學(xué)者開始重視對先進制造技術(shù)的研究。精密加工技術(shù)是當前機械制造企業(yè)生產(chǎn)零件所采用的重要手段之一。機械制造企業(yè)采用精密加工技術(shù)能夠更新產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)量,進而增強企業(yè)的競爭能力。精密加工技術(shù)的目標是實現(xiàn)零件加工的高以及零件表面質(zhì)量的化。當前的機械零件具有復(fù)雜性和多樣性,其從初的單一模型逐漸發(fā)展為多模型,零件上的孔由原來的單一孔類型向多類型孔發(fā)展,這些變化會導(dǎo)致零件對相應(yīng)的零件加工技術(shù)和的要求越來越高。企業(yè)生產(chǎn)某種類型的機器設(shè)備時,通常采用流水線生產(chǎn)方式完成對機器產(chǎn)品的加工和組裝。

一個機器設(shè)備由大量的零件組成,不同的零件會由不同的生產(chǎn)企業(yè)進行加工,再進行組裝形成終的機器產(chǎn)品。各個零件的質(zhì)量以及各零件之間的吻合匹配決定了終合成的機器產(chǎn)品的性能高低。零件的形狀以及曲面,影響相應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量、運行效率、安全性、使用周期等因素;零件的形位公差決定著零件之間的匹配。因此對各零件質(zhì)量進行及時有效檢測,可確保組合產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著計算機仿真技術(shù)的不斷發(fā)展,采用計算機仿真技術(shù)模擬機械零件的加工過程,能夠大大降低企業(yè)的加工成本,提高零件加工和效率。

1 高精密零件生產(chǎn)中的圖像擬合

采用計算機模擬零件的加工過程,需要先采集零件的特征數(shù)據(jù)。本文通過圖像處理技術(shù)定位零件的坐標,進而獲取零件的邊緣數(shù)據(jù);基于零件的邊緣數(shù)據(jù),采用相應(yīng)的方法能夠獲取目標參數(shù)。本文對圓形零件的計算機模擬過程進行分析,通過二乘法擬合該圓,可以及時有效的獲取各圓孔的孔徑以及圓心坐標。詳細的過程為:

依據(jù)科學(xué)實驗的統(tǒng)計方法原理,需要從從一組實驗數(shù)據(jù)(xi,yi )(i=1,2,…,p)中提取自變量x與因變量y 之間的函數(shù)關(guān)系y=G(x)。由于觀測的數(shù)據(jù)通常具有隨機性,因此要求y=G(x)不必通過全部點(xi,yi ),但是要求在給定點xi 上的誤差ζi=G(x)-yi ( i=1,2,…,p)需要依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范實現(xiàn)化。二乘法的原理為:如果存在一組數(shù)據(jù)(xi,yi )(i=1,2,…,p),則需要在函數(shù)空間μ=span{μ0,μ1,…,μq}中搜索出一個函數(shù)y=Z*(x),使誤差平方

  上文獲取的零件邊緣數(shù)據(jù)可作為圓孔的邊緣離散測量點集(xi,yi )(i=1,2,…,p),假設(shè)理想圓的圓心是W0 ( x0,y0),半徑是r,則采用式(3)可得測量點到圓的代數(shù)

  為了便于求解,對上式進行再次變換

  其中,(x,y)∈{(xi,yi ),|i=1,2,…,p}。式(4)可簡化

  函數(shù)G(x)可描述點W(x,y)到二次曲線G(x)=0 的代數(shù)距離,對零件邊界點進行曲線擬合,能夠獲取零件的圓心坐標和半徑。

2 擬合誤差補償技術(shù)

通過運算獲取零件的相關(guān)擬合數(shù)據(jù)后,應(yīng)對這些擬合數(shù)據(jù)進行位置誤差補償。零件的角度誤差以及徑向誤差影響著零件的位置誤差。各圓孔的位置誤差具有一定的關(guān)聯(lián)性,分析單個零件的相關(guān)參量是否小于該零件的容差,可以判斷該零件的質(zhì)量是否合格。因此在一定的容差范圍內(nèi),可實現(xiàn)對圓孔零件的徑向誤差補償和角度誤差補償,獲取分析位置,進而得到的數(shù)據(jù)。

通過角度誤差補償獲取分析位置后,若中間孔的位置大于理論規(guī)范值且在容差范圍內(nèi),則采用該點的空間對其它均衡分布的孔進行徑向補償,且要求徑向補償后的位置度誤差為。詳細的過程為:

(1)搜索位置度的孔,獲取該孔的角向方向θ;(2)運算出補償?shù)牟介LL,本文采用補償值除以10 作為原始步長,實際測量的中間孔直徑與理論標準的中間孔直徑的差值除以2 就是補償值;(3)將標準模板向角向方向θ 移動步長L,運算出移動后的位置度;(4)分析移動前后的位置度誤差,判斷移動后位置度誤差的是否變小,若變小則返回步驟(1);否則回到原來的位置,并將步長縮小一半,返回步驟(3);(5)若步長小于實際的目標Q,或位置度誤差的變化小于實際的目標P,則結(jié)束徑向補償。

徑向誤差補償?shù)牧鞒?Q 和P 的值可按照實際要求的進行設(shè)置。

  3 實驗仿真結(jié)果分析

采用實驗對本文算法下的某8 孔圓形零件的計算機仿真圖像進行分析,可判斷本文算法的有效性。先采用實際的測量工具對該圓形零件進行10 次測量,未發(fā)現(xiàn)明顯的差異;再使用計算機對零件進行5 次模擬仿真測試,獲取的數(shù)據(jù)用表1 描述。再將該零件按任意角度進行旋轉(zhuǎn),獲取的計算機仿真數(shù)據(jù)用表2 描述。 

  采用計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)對零件進行仿真的過程中,由于背景光具有隨機性和和多樣性,會導(dǎo)致攝像機的成像效果出現(xiàn)波動,使得終獲取的仿真數(shù)據(jù)具有一定的差異性。因此本文算法下的仿真實驗數(shù)據(jù)會出現(xiàn)一定的波動誤差。分析表1 中的數(shù)據(jù)可得,實驗測試的圓形零件的孔徑的測量波動小于0.006 mm,位置度的波動小于0.02 mm,都在允許的誤差范圍內(nèi)。通過表2 可得,圓形零件各孔的位置度波動小于0.25 mm在允許的誤差范圍內(nèi), 并且波動標準差是0.0062,幾乎趨近于零。因此說明,本文算法的仿真結(jié)果滿足相關(guān)技術(shù)指標的要求,具有一定的應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

本文提出一種用于機械零件加工模擬的計算仿真技術(shù)。通過圖像處理的方式,準確模擬加工后零件的尺寸特征,在仿真過程中,采用邊緣擬合配合誤差補償?shù)姆椒?運用二乘法完成復(fù)雜元器件的擬合過程,為了保證的要求,運用擬合誤差補償技術(shù),的完成機械零件高加工模擬。計算機仿真實驗證明,本文方法下的零件擬合,能夠滿足要求,取得了令人滿意的結(jié)果。