专利名称：计量点到设计曲面距离的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量长度的方法，更具体地说，涉及一种由计算机控制的用三坐标测量机测量待加工曲面上的点到设计曲面距离的方法。
用数控机床加工冲模、模具、齿轮、涡轮或航天器部件等时，常常要求精确地测量出待加工曲面上的点到设计曲面的距离，目前一般用三坐标测量机(CMM)测量，然后通过计算机模拟和定位，此时所采用的计量方法为最速下降法和牛顿迭代法，但这些方法存在一些缺点，例如计算速度慢、不稳定、有时不收敛、适用的范围窄等。
本发明的目的是提供一种用三坐标测量机测量待加工曲面上的点到设计曲面距离的方法，它能弥补现有方法的上述不足。
本发明的方法用三坐标测量机测量待加工曲面上的点的坐标，并输入计算机，其特征是用计算机通过以下程序进行计算第一步将设计曲面的参变量v的取值范围分成m段，然后分别计算p点到由这m个固定参变量v的值所决定的曲面上的曲线的距离。
第二步比较第一步计算结果，取与其中距离最小者的垂足所对应的参变量u的值u’。
第三步对u’计算出p到与由u’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量v的值v’。
第四步对v’计算出p到与由v’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量u的值u’。
第五步计算参数u’，v’所对应于曲面上的点到p点长度d。
第六步重复第三、四、五步，将第五步所计算出的长度与先前在第五步计算出的长度d相比较，如果满足误差要求，则终止计算，否则再重复第三、四、五步。
本发明的方法计算稳定、速度快、收敛也快、并适用于多种类型的曲面。
下面结合实施例进一步说明本发明假设待加工曲面上的点到设计曲面距离不超过设计公差0.001的要求，即为加工完毕。
将待加工部件放在三坐标测量机上，由测量机测头接触待加工的曲面，测出该曲面上点p的坐标(70.4，74.5，104.5)，并输入计算机。计算机内的设计曲面(或由测量机测出待加工曲面上的点群拟合成的曲面)的控制点群如下6，530，40，190；65， 60，170；100，60，160；125，40，170；160，45，180；190，65，190；30， 50，150；65， 70，145；100，70，140；125，50，130；160，55，140；190，75，150；30， 60，115；65， 80，105；100，80，95；125，60，85； 160，65，105；190，85，115；30， 60，75； 65， 80，70；100，80，65； 125，60，55； 160，65，65； 190，35，75； 30， 50，30；65， 70，25； 100，70，20； 125，50，25； 160，55，30； 190，75，30。该控制点群可以生成设计曲面。下面就是计算点到设计曲面的距离的过程，其中要求计算点到设计曲面的距离误差不大于0.00006。
参变量u的节点是0，0.34，0.67，1。
参变量v的节点是0，0.49，1。
第一步对设计曲面的参变量v的取值范围分3段，分别是0，0.49，1。计算p点到由这3个固定参变量v的值所决定曲面上的曲线的距离。
设计曲面的参变量v的取值范围分段方法也可以根据控制点群或弦长的k分之一(一般k取4)决定。
第二步比较第一步计算结果，取其中距离最小者是1.53811，它的垂足所对应的参变量u的值是u’＝0，168343。
第三步对u’计算出p到由u’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量v的值v’，v’＝0.499035。
第四步对v’计算出p到由v’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量u的值u’，u’＝0.166557。
第五步计算参数u’，v’所对应于曲面上的点到p点长度d＝0.08683。
第六步1.53811-0.08683＝1.45128＞0.00006，不满足误差要求，再重复第三、四、五步第三步对u’计算出p到由u’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量v的值v’，v’＝0.499780。
第四步对v’计算出p到由v’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量u的值u’，u’＝0.166454。
第五步计算参数u’，v’所对应于曲面上的点到p点长度d＝0.00493。
第六步0.08683-0.00493＝0.0819＞0.00006，不满足误差要求，再重复第三、四、五步。
第三步对u’计算出p到由u’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量v的值v’，v’＝0.499822。
第四步对v’计算出p到由v’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量u的值u’，u’＝0.166448。
第五步计算参数u’，v’所对应于曲面上的点到p点长度d＝0.00071。
第六步0.00493-0.00071＝0.00422＞0.00006，不满足误差要求，再重复第三、四、五步第三步对u’计算出p到由u’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量v的值v’，v’＝0.499824。
第四步对v’计算出p到由v’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量u的值u’，u’＝0.166448。
第五步计算参数u’，v’所对应于曲面上的点到p点长度d＝0.00066。
第六步0.00071-0.00066＝0.00005＜0.00006满足误差要求，终止计算。
最后计算结果是p点(70.4，74.5，104.5)到设计曲面的距离是0.000661小于设计公差0.001，说明p点符合公差设计要求。
如果反复测量待加工曲面上的点都符合公差设计要求，则该待加工曲面就符合公差设计要求。
权利要求
1.一种计量点到设计曲面距离的方法，用三坐标测量机测量待加工曲面上的点的坐标，并输入计算机，其特征是用计算机通过以下程序进行计算第一步将设计曲面的参变量v的取值范围分成m段，然后分别计算p点到由这m个固定参变量v的值所决定的曲面上的曲线的距离。第二步比较第一步计算结果，取与其中距离最小者的垂足所对应的参变量u的值u’。第三步对u’计算出p到与由u’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量v的值v’。第四步对v’计算出p到与由v’所决定的曲面上的曲线的垂足所对应的参变量u的值u’。第五步计算参数u’，v’所对应于曲面上的点到p点长度d。第六步重复第三、四、五步，将第五步所计算出的长度与先前在第五步计算出的长度d相比较，如果满足误差要求，则终止计算，否则再重复第三、四、五步。
全文摘要
一种由计算机控制的用三坐标测量机测量待加工曲面上的点到设计曲面的距离的方法，用三坐标测量机测量待加工曲面上的点的坐标并输入计算机，其特征是首先计算点到曲面上的一些曲线的距离，取得一个参考值，然后计算点到由这个参考值所决定的曲线的距离，重复计算直到满足要求终止，其优点是对曲面上的曲线进行计算，方法简单、稳定、速度快、收敛也快，并适用于多种类型的曲面，如B-SPLINE和NURBS曲面等。
文档编号G01B7/008GK1164020SQ9611577
公开日1997年11月5日 申请日期1996年4月30日 优先权日1996年4月30日
发明者赵世麟 申请人:赵世麟