机械零件几何误差评定的可视化探讨

    零件的几何误差对机器的工作精度、寿命等具有直接影响,对于在高速、高压、高温、重载条件下工作的零件,其影响尤为突出.目前,几何误差评定方法、评定理论、解算方法等已成为计量学领域研究的热点.然而,尽管机械加工的制造精度及与之相应的检验测量器具都有了很大程度的发展,但目前的误差评定检测方法仅注重评定数值的精确性,使得检测数据形式繁杂,且存在可视化程度不高的缺点[1].为直观地测量和评定零件的几何误差,分析几何误差产生的精确位置、大小,研究开发可视化的误差评定检测系统是十分必要的,其不仅可以为提高零件加工精度和装配精度提供可靠的依据,而且可以为检验机械产品的质量提供有力的保障.

    1 几何误差评定的可视化设计

    几何误差评定可视化系统需要集合各种误差评定功能,实现图形用户界面,且方便使用.对于用户而言,需在视觉上更易于接受,可以通过鼠标点击按钮直接进行直观的操作.Matlab有比较完备的图形标识指令[2],基于此,本文使用Matlab作为开发平台包含国标中规定的14项几何误差评定模块.由于需要处理的测量点数据较多,因此,几何误差评定可视化的重点和难点是在进行数据处理的同时,实现误差二维、三维图形及测量数据输入、测量结果输出等方面的可视化.

    国标中规定的14项几何误差评定可分为形状误差和位置误差两大类[3].形状误差包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度.位置误差又可以分定向误差、定位误差和跳动误差3类.定向误差包括平行度、垂直度、倾斜度;定位误差包括同轴度、对称度、位置度;跳动误差包括圆跳动和全跳动.

    通过二维和三维绘图重现测量点的位置关系,经过分析后需要对测量数据高一维的矩阵绘图,如二维数据在分析后变成三维数据.三维数据在分析后变成四维数据时,需结合颜色灰度来表现四维矩阵.

    按照几何误差评定项目内容,本文的系统分为三级界面,主界面布置各种形状误差分析和位置误差分析按钮,各个模块子界面力求简洁明了、便于使用,并提供帮助说明和图例解释.几何误差的计算主要通过Matlab调用微粒群优化算法来实现.

    2 几何误差评定的可视化

    几何误差评定的可视化涉及的数据信息处理包括读取测量数据、分析数据和保存分析结果.三坐标测量机测量的数据可以保存为TXT,IGS和PDF等几种格式.PDF格式的数据不会被随意误操作,偏向报告形式;IGS格式是针对三维建模软件,偏向模型重现;TXT格式便于C语言读取.将三坐标测量的数据直接读入Matlab系统中,读取时需记录读取顺序,以保证在Matlab中正确射影出各测量点及其对应关系.