一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法
【专利摘要】本发明公开了一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，该坐标测量机虚拟原型产品的创建方法包括以下步骤：建立随着时间和空间变化的误差场；在虚拟误差补偿系统中分析影响因素对测量误差影响大小、方式；在虚拟误差补偿系统中对影响测量精度的内部或外部误差源进行分析；将误差分析的结果在虚拟性能测试环境中进行测试；得到仿真所使用的产品生命周期信息及模型；提取信息，构建出虚拟产品模型。本发明减少了昂贵的费用、降低了试验测试的时间。加速了CMM设计进程，提高了CMM的性能。最终CMM开发厂商能够敏捷地对市场变化作出反映。
【专利说明】一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于坐标测量机【技术领域】，尤其涉及一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法。
【背景技术】
[0003]为满足近年生产技术和科学快速发展的需要，现在坐标测量机(CMM)被广泛地应用于各种各样的测量任务中，对其测量精度、速度和在恶劣环境下(例如车间)的性能要求不断提高。目前，坐标测量机生产厂商通过设计结构更轻、刚性更大的结构、高性能的驱动系统和控制算法等先进技术来提高坐标测量机的测量精度和速度。在CMM设计中，结构和控制等问题是紧密地联系在一起的，因此设计优化需要集成的、面向机电一体化的设计方法。目前在生产及理论研究方面不能满足这方面的要求，研制开发高性能CMM障碍来自于CMM理论和生产方面所存在的问题:
一般来说，坐标测量机测量误差是由零部件和结构的几何误差、热变形误差、探测误差、机床轴系的伺服误差、数控插补算法误差等造成的。提高测量机机床精度的方法基本上有两种:通过设计和制造来消除可能的误差源的误差防止方法；和对误差进行测量和纠正的误差补偿方法。目前该方法受到了越来越广泛的重视。大部分提高CMM性能的研究工作都集中在准静态误差的防止和补偿上，并且主要集中在几何误差和热误差的研究方面。随着测量速度的提高，动态误差对坐标测量机的精度的影响越来越大。
[0004]目前为止，针对CMM动态特性的研究比较少，已有的研究主要是利用理论或实验方法研究CMM的振动模态，以及采取何种方法减小CMM的振动。然而，CMM热特性和动态特性的研究是研制高精度和高速系列CMM的关键。坐标测量的研制和开发工作大多采取设计——制造样机——试验研究与测试——改进设计——再制造定型的传统开发模式。采用这种开发模式，产品开发时间比较长，并不能满足市场迅速变化的要求。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的在于提供一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，旨在解决传统技术针对CMM动态特性的研究比较少，产品开发时间比较长，不能满足市场迅速变化的要求的问题。
[0006]本发明实施例是这样实现的，一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，该坐标测量机虚拟原型产品的创建方法包括以下步骤:
步骤一，建立随着时间和空间变化的误差场；
步骤二，在虚拟误差补偿系统中分析影响因素对测量误差影响大小、方式；
步骤三，在虚拟误差补偿系统中对影响测量精度的内部或外部误差源进行分析； 步骤四，将误差分析的结果在虚拟性能测试环境中进行测试； 步骤五，得到仿真所使用的产品生命周期信息及模型；
步骤六，提取信息，构建出虚拟产品模型。
[0007]进一步，在步骤一中，误差场包括几何误差、探测误差、热误差、动态误差。
[0008]进一步，在步骤二中，虚拟误差补偿建立的步骤为:
第一步，通过几何误差、探测误差、热误差、动态误差建立误差鲁棒性建模；
第二步，建立误差补偿模型和误差合成模型；
第三步，传感器在CMM优化布置通过实际测量，在误差补偿模型中进行虚拟误差补偿，将数据传送到虚拟坐标测量机；
第四步，测量虚拟误差补偿的测量结果和通过坐标测量机测量不准确度；
第五步，将测量结果输送到步骤三中进行分析。
[0009]进一步，在步骤四中，虚拟性能测试环境中得到的试验数据，进行物理试验，创建实验方案决策ES。
[0010]进一步，在步骤四中，虚拟性能测试环境测试的内容包括:静态特性、动态特性、热特性。
[0011]本发明提供的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，利用虚拟原型和计算机仿真代替利用物理原型试验验证和测试，在产品开发的各个阶段，尤其是在早期阶段，对CMM设计中的各种问题进行分析、评价和对产品进行改进，减少了昂贵的费用、降低了试验测试的时间。本发明通过在产品开发的各个阶段利用虚拟原型和数字仿真，及早发现和解决设计过程中的问题，加速了 CMM设计进程，提高了 CMM的性能。最终CMM开发厂商能够敏捷地对市场变化作出反映。
[0012]
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例提供的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法流程图。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0017]如图1所示，本发明实施例的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法包括以下步骤:
5101:建立随着时间和空间变化的误差场；
5102:在虚拟误差补偿系统中分析影响因素对测量误差影响大小、方式；
5103:在虚拟误差补偿系统中对影响测量精度的内部或外部误差源进行分析；
5104:将误差分析的结果在虚拟性能测试环境中进行测试；
5105:得到仿真所使用的产品生命周期信息及模型；
5106:提取信息，构建出虚拟产品模型。[0018]在步骤SlOl中，误差场包括几何误差、探测误差、热误差、动态误差。
[0019]在步骤S102中，虚拟误差补偿建立的步骤为:
第一步，通过几何误差、探测误差、热误差、动态误差建立误差鲁棒性建模；
第二步，建立误差补偿模型和误差合成模型；
第三步，传感器在CMM优化布置通过实际测量，在误差补偿模型中进行虚拟误差补偿，将数据传送到虚拟坐标测量机；
第四步，测量虚拟误差补偿的测量结果和通过坐标测量机测量不准确度；
第五步，将测量结果输送到步骤三中进行分析。
[0020]在步骤S104中，虚拟性能测试环境中得到的试验数据，进行物理试验，创建实验方案决策ES ;虚拟性能测试环境测试的内容包括:静态特性、动态特性、热特性。
[0021]本发明的工作原理:
本发明首先研究了虚拟原型和计算机仿真在坐标测量机设计阶段误差防止方面的作用，为利用虚拟原型和仿真对设计活动进行全面支持，提高产品开发活动的效率，提出了坐标测量机虚拟性能测试系统框架。然后，讨论了虚拟原型和计算机仿真在坐标测量机误差补偿中的作用，在对坐标测量机误差补偿问题进行研究时，将虚拟原型、计算机仿真与物理试验结合起来能够避免两个方面的局限性和发挥各自的优势。最后，提出虚拟误差补偿的概念，并对虚拟误差补偿原理和系统体系结构进行了研究，这对于提高坐标测量机的测量精度和生产率具有一定的参考价值。一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法提出坐标测量机快速原型虚拟逼真设计思想，通过采取误差防止和误差补偿两个方面的措施，从整体上提高坐标测量机的性能，在保持测量精度要求的前提下，尽可能提高坐标测量机的测量速度。提出坐标测量机虚拟性能测试系统框架，以利用虚拟原型和仿真对设计活动进行全面支持，提高产品开发活动的效率。提出虚拟误差补偿的概念，并对虚拟误差补偿原理和系统体系结构进行了研究。
[0022]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，其特征在于，该坐标测量机虚拟原型产品的创建方法包括以下步骤: 步骤一，建立随着时间和空间变化的误差场； 步骤二，在虚拟误差补偿系统中分析影响因素对测量误差影响大小、方式； 步骤三，在虚拟误差补偿系统中对影响测量精度的内部或外部误差源进行分析； 步骤四，将误差分析的结果在虚拟性能测试环境中进行测试； 步骤五，得到仿真所使用的产品生命周期信息及模型； 步骤六，提取信息，构建出虚拟产品模型。
2.如权利要求1所述的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，其特征在于，在步骤一中，误差场包括几何误差、探测误差、热误差、动态误差。
3.如权利要求1所述的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，其特征在于，在步骤二中，虚拟误差补偿建立的步骤为: 第一步，通过几何误差、探测误差、热误差、动态误差建立误差鲁棒性建模； 第二步，建立误差补偿模型和误差合成模型； 第三步，传感器在CMM优化布置通过实际测量，在误差补偿模型中进行虚拟误差补偿，将数据传送到虚拟坐标测量机； 第四步，测量虚拟误差补偿的测量结果和通过坐标测量机测量不准确度； 第五步，将测量结果输送到步骤三中进行分析。
4.如权利要求1所述的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，其特征在于，在步骤四中，虚拟性能测试环境中得到的试验数据，进行物理试验，创建实验方案决策ES。
5.如权利要求1所述的坐标测量机虚拟原型产品的创建方法，其特征在于，在步骤四中，虚拟性能测试环境测试的内容包括:静态特性、动态特性、热特性。
【文档编号】G06F17/50GK103646142SQ201310680212
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月14日 优先权日:2013年12月14日
【发明者】曹岩 申请人:西安工业大学