计算机辅助定位系统的实现及算法研究

论文摘要

计算机辅助定位指工件被任意地固定在机床工作台上,通过定位算法确定工件坐标系跟CAD模型坐标系之间的相对位置关系,得到两个坐标系之间的欧氏转换矩阵。本文首先阐述了定位理论的研究发展历程及其在国内外的应用情况;对工件定位问题建立了数学模型,提出了该模型的求解步骤并概述了目前常用的几种定位算法,对定位算法的初值估计做了研究和改进,避免了初值估计的随意性;根据定位算法的适用范围,将工件定位问题分为三种类型:普通工件定位、对称工件定位、混合/包容定位,针对不同的定位类型给出了不同的定位算法,提出了一种可以快速计算普通几何表面欧氏转换矩阵的方法,解决了实际加工中经常遇到的混合/包容定位问题。为了分析定位算法的收敛性、精确性和高效性,本文对三种不同定位类型做了仿真实验,对算法在各方面表现的优劣做了评判;设计开发了应用于TIMAX CNC机床的计算机辅助定位(CAS)系统。该系统综合应用了定位算法、测头半径补偿、测点路径规划、复杂曲面建模等方面的理论,将三种定位类型集成到一起,不但解决普通曲面的定位问题而且解决了复杂曲面工件的定位问题。此外,该系统还可以用来对复杂曲面做形位误差的检测。复杂曲面和平面的混合/包容定位是生产实际中的一个难点,本文设计了复杂曲面和平面混合定位的实验,通过多次实验验证了计算机辅助定位系统的可靠性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 定位算法的国内外研究现状
• 1.3 本课题研究目标
• 第2章 工件定位算法
• 2.1 引言
• 2.2 姿态工作空间
• 2.2.1 三维空间的旋转运动
• 2.2.2 三维空间的刚体运动
• 2.3 工件定位算法
• 2.3.1 计算测量点的CAD 模型对应点
• 2.3.2 欧氏转换矩阵的计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 对称工件定位与测头半径补偿
• 3.1 引言
• 3.2 欧氏矩阵及其齐次空间
• 3.2.1 适用于对称工件的定位算法
• 3.2.2 混合和包容工件定位问题
• 3.3 测头半径的误差补偿
• 3.4 普通几何体定位的算法改进
• 3.5 复杂曲面定位时的建模
• 3.6 本章小结
• 第4章 定位系统的设计与开发
• 4.1 引言
• 4.2 测点系统
• 4.3 工件定位系统
• 4.4 刀路补偿和加工系统
• 4.5 本章小结
• 第5章 算法的性能分析和系统的实验验证
• 5.1 引言
• 5.2 定位算法的性能分析
• 5.2.1 定位算法的鲁棒性比较
• 5.2.2 定位算法的精度比较
• 5.2.3 定位算法的计算效率比较
• 5.3 计算机辅助定位系统的实验
• 5.3.1 定位实验的设计
• 5.3.2 实验结果的验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢