Способ оценки формы измеренной поверхности
METHOD OF EVALUATING THE FORM OF THE MEASURED SURFACE

Изобретение относится к области механообработки заготовок со сложной формой поверхности, низкой жесткостью, без выраженных базовых поверхностей.
Известен способ оценки формы измеренной поверхности, включающий определение координат положения точек на поверхности детали и ее математической модели и их сравнение для определения погрешности совпадения измеренной поверхности с теоретической и оптимального расположения припусков при вписывании теоретической детали в измеренную заготовку (см.http://www.delcam-ural.ru/delkam_ural/ cam/powerinspect_omv).
Недостатком известного способа является недостаточно высокая скорость измерений из-за необходимости обработки большого объема данных, требовательность к вычислительным ресурсам, сильно усредненная картина совмещения, большое влияние шумов на результат сопоставления, необходимость участия специалиста высокой квалификации для постановки задачи и оценки результатов вычислений.
Известен также способ оценки формы измеренной поверхности, предусматривающий нахождение траектории инструмента на обрабатываемой детали, включающий восстановление координат положения точек на поверхности детали и их сравнение с положением аналогичных точек на поверхности ее математической модели для прокладки траектории по поверхности или в объеме детали, для чего на трехмерной поверхности детали и ее математической модели формируют маркеры как дополнительные элементы поверхности, легко выделяемые при автоматическом сканировании и распознавании, местоположение которых задано, при этом в процессе измерений восстанавливают координаты положения реперных точек на поверхности детали и с заданной погрешностью сравнивают их относительное положение с положением аналогичных точек маркеров на поверхности ее математической модели (см. RU № 2551396, МПК G01B 11/16, G01B 11/25,G01C 11/00, 2015).
Недостатком способа является необходимость обработки большого объема данных, и, вследствие этого, необходимость использования значительных вычислительных мощностей.
Задача, на решение которой направлен заявленный способ, выражается в упрощении вычислительных процедур, необходимых для реализации способа, в т.ч. уменьшении обрабатываемых объемов данных и снижении потребностей в больших объемах вычислительных мощностей.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение вычислительных процедур, необходимых для реализации способа и уменьшении обрабатываемых объемов данных, что ведет к снижению потребностей в объемах вычислительных мощностей.
Для решения поставленной задачи, способ оценки формы измеренной поверхности, предусматривающий нахождение траектории инструмента на обрабатываемой детали, включает восстановление координат положения точек на поверхности детали и их сравнение с положением аналогичных точек на поверхности ее математической модели для прокладки траектории по поверхности или в объеме детали, для чего на трехмерной поверхности детали и ее математической модели формируют маркеры как дополнительные элементы поверхности, легко выделяемые при автоматическом сканировании и распознавании, местоположение которых задано, при этом в процессе измерений восстанавливают координаты положения точек маркеров на поверхности детали и с заданной погрешностью сравнивают их относительное положение с положением аналогичных точек маркеров на поверхности ее математической модели, отличается тем, что маркеры первоначально создают на жесткой оснастке детали и переносят на деталь копированием или вклеиванием в формируемые на поверхности детали углубления, получаемые при контакте поверхности детали с маркерами, сформированными на оснастке, причем поверхность оснастки с маркерами используют, как основу базовой математической модели, применяемой при обработке всех изготовленных с ее помощью деталей, кроме того, каждый маркер привязывают к соседним с ним маркерам и окрестной поверхности, при этом, перенос теоретической траектории реза и других геометрических элементов, появляющихся при обработке, включает перенос на поверхность детали участков теоретической траектории реза, расположенных относительно соответствующих маркеров детали в таком же положении, как и теоретическая траектория относительно маркеров базовой математической модели.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает упрощение вычислительных процедур, необходимых для реализации способа и уменьшение обрабатываемых объемов данных и, тем самым, снижение потребностей в больших объемах вычислительных мощностей. При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «…маркеры первоначально создают на жесткой оснастке детали и переносят на деталь копированием или вклеиванием в формируемые на поверхности детали углубления, получаемые при контакте поверхности детали с маркерами, сформированными на оснастке…» обеспечивают возможность использования оснастки, как основы математической модели, применяемой при сравнении положения реперных точек на математической модели и реальной нежесткой детали, для прокладки траектории по поверхности или в объеме детали.
Признаки указывающие, что «поверхность оснастки с маркерами используют, как основу базовой математической модели, применяемой при обработке всех изготовленных с ее помощью деталей» позволяют упростить решение задачи восстановления координат положения точек на поверхности нежесткой (деформирующейся) детали и их сравнение с положением аналогичных точек на поверхности ее математической модели.
Признаки указывающие, что «каждый маркер привязывают к соседним с ним маркерам и окрестной поверхности» позволяют упростить процедуру переноса на поверхность деформировавшейся детали (снятой с оснастки) участков теоретической траектории реза.
Признаки указывающие, что «перенос теоретической траектории реза и других геометрических элементов, появляющихся при обработке, включает перенос на поверхность детали участков теоретической траектории реза, расположенных относительно соответствующих маркеров детали в таком же положении, как и теоретическая траектория относительно маркеров базовой математической модели» раскрывают содержание процедуры переноса на поверхность деформировавшейся детали (снятой с оснастки) участков теоретической траектории реза.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана схема измерения поверхности оснастки для создания базовой модели; на фиг. 2 схематично представлена процедура копирования маркеров на деталь при ее отливке или выклейке; на фиг.3 показано отображение теоретической траектории на оснастку; на фиг.4 показано отображение теоретической траектории на реальную деталь.
На чертежах показаны литейная или выклеечная оснастка 1, зафиксированный на ней «выступающий» маркер 2, измерительное устройство 3, тело детали 4, неизменный участок 5 траектории 6 реза (движения инструмента на детали), жестко связанный с маркером 7 детали 4; трансформирующийся участок 8 траектории 6 движения инструмента (допускающий геометрическую трансформацию для обеспечения ее непрерывности).
В качестве оснастки 1 используют литейную или выклеечную оснастку известной конструкции, представляющую из себя пространственную жесткую конструкцию, размеры которой обеспечивают размещение изготавливаемой детали 4. Маркеры 2 и 7 представляют собой выступающую или вогнутую геометрическую фигуру (конус, пирамида и т.п.), при этом реперная точка локализована на основании маркера. Маркеры выполнены легко выделяемыми при автоматическом сканировании и распознавании и обеспечивают возможность восстановления ориентации нормали конуса по частично разрушенному маркеру. Маркеры 7 могут размещаться на удаляемых в процессе обработки частях отливки или выклеенной детали 4.
Для считывания маркеров 2 и 7 используют измерительное устройство 3, смонтированное на устройство перемещения рабочего органа станка или робота с рабочим инструментом (на чертежах не показано). В качестве измерительного устройства 3 может использоваться: лазерный сканер, контактный щуп, устройство технического зрения и т.п. известные устройства.
Система маркеров 7 позволяет представить поверхность детали с необходимой для представления поверхности точностью.
Маркеры первоначально создают на оснастке 1, используемой для изготовления детали 4, как маркеры 2 и переносят на деталь 4 копированием или вклеиванием в формируемые на поверхности детали 4 углубления (на чертежах не показаны), получаемые при контакте поверхности детали с маркерами 2 инвертно сформированными (или закрепленными) на оснастке 1. Таким образом, на трехмерной поверхности детали 4 и ее математической модели (оснастке 1) формируют, соответственно, маркеры 7 и 2, как дополнительные элементы поверхности, легко выделяемые при автоматическом сканировании посредством измерительного устройства 3 и распознавании, местоположение которых, заранее задано. Причем изготовленную или измеренную с большой точностью поверхность оснастки 1 с маркерами 2 используют, как основу базовой математической модели, применяемой при обработке всех изготовленных с ее помощью деталей 4.
При этом в процессе измерений известным образом, например, лазерным сканером восстанавливают координаты положения точек маркеров 7 на поверхности детали 4 и с заданной погрешностью сравнивают их относительное положение с положением аналогичных точек маркеров 2 на поверхности ее математической модели (оснастке 1).
Способ предусматривает нахождение траектории 6 рабочего инструмента на обрабатываемой детали 4, и включает восстановление координат положения точек маркеров 7 на поверхности детали 4 и их сравнение с положением аналогичных точек на поверхности ее математической модели (жесткой оснастки 1) для прокладки траектории 6 по поверхности или в объеме детали.
Кроме того, каждый маркер 2 и 7 привязывают к соседним с ним маркерам 2 и 7 и окрестной поверхности. Перенос теоретической траектории реза 6 и других геометрических элементов, появляющихся при обработке (имеются в виду отверстия, углубления, прорези), включает перенос на поверхность детали 4 участков 5 и 8 теоретической траектории 6 реза, расположенных относительно соответствующих маркеров 7 детали 4 в таком же положении, как и теоретическая траектория 6 относительно маркеров 2 базовой математической модели (жесткой оснастки 1).