變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定方法

2023-05-11 04:41:16 1

專利名稱：變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定方法
技術領域：
本發明涉及一種線輪廓誤差評定方法，尤其涉及變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定方法，屬於精密計量與計算機應用領域。
背景技術：
形狀誤差的大小對產品質量及其使用壽命至關重要，實現形狀誤差快速、準確的評定，具有重要的實際意義。評定形狀誤差有多種方法，以直線度誤差評定為例，評定方法有最小區域法、最小二乘法、兩端點連線法，但各種方法得出的結果都不相同，甚至差異很大，導致產品出現誤收或誤廢，直接影響產品的質量和成本，因此國際標準IS0/1101和國家標準GB/T1958-2004都規定，形狀誤差值用包容實際被測要素且具有最小寬度f或最小直徑Φι的包容區域來表示(簡稱最小區域法)，並以此為仲裁方法。以最小區域法評定形狀誤差，能夠在不改變硬體設備的前提下，提高測量設備的檢測精度。隨著內燃機性能和可靠性不斷提高，對內燃機活塞裙部外形型面的設計要求越來越高，其設計方法也不斷得到發展與完善，傳統的正圓柱、正圓錐外形的活塞已基本不用， 取而代之的是外輪廓形狀更趨複雜的新型活塞，其中以中凸變橢圓活塞最為常見。採用中凸變橢圓活塞裙可以增加活塞與氣缸套的接觸面積，減少熱應力，降低活塞和氣缸套的敲擊聲，減輕氣缸套穴蝕，減少竄氣竄油，從而降低整機噪聲和機油消耗率，延長發動機使用壽命。中凸變橢圓活塞特點是活塞裙部不同高度上的橫截面輪廓形狀為不同的橢圓，即橫截面的橢圓度在裙部高度方向上是變化的，同時，橢圓長短軸方向也可能變化，活塞軸剖面輪廓形狀是一條中凸曲線。變橢圓活塞幾何形貌精度評價不僅包括圓度、圓柱度、直線度等典型形狀誤差的測量和評定，更重要的是要解決其裙部輪廓形狀誤差的測量和評定問題。 由於變橢圓活塞形狀的複雜性，從而使其幾何形貌精度的評價成為一個難題。而現有的變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差評定方法都採用最小二乘法，由於最小二乘法提供的僅是形狀誤差的近似評價結果，並不保證解的最小區域性，按最小二乘法計算的結果比最小區域法求得結果大1.8% 30%，平均過估計為10%，因而不適宜於精密、超精密零件評定。綜合上述分析，當前對相關領域的研究工作存在的不足主要是缺乏能夠對變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差進行高效、精確測評的方法。

發明內容
本發明的主要目的是克服現有變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差評定模型和算法的不足，建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓形狀誤差最小區域評定模型；提出變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓形狀誤差最小區域評定方法，克服了傳統方法採用最小二乘評定模型，對誤差產生過估計，導致合格品的誤廢。本方法不僅提高了變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差評定精度，而且算法簡單靈活，可以推廣應用於其它形狀誤差評定中。本發明的技術方案為一種變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定方法，包括如下步驟
步驟1以測量平臺迴轉中心ο為測量坐標系xoy的中心建立測量直角坐標系xoy， 將被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓置於測量直角坐標系xoy中且被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長軸與ox軸之間的夾角Φ。為-10° ( Φ0<10°，測量並獲取變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓上點Pi (Xi，yi)並將測得的點Pi (Xi，yi)坐標轉化為極坐標Pi (ri; θ》， i = 1，2，...，η，η為測點數目且η為正整數，Xi和分別為測點Pi在測量直角坐標系xoy 下的坐標值，A和Qi為測點Pi相對測量平臺迴轉中心ο的半徑和極角，步驟2由變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設計公式設計變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓並以O』為設計中心，再以變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的設計中心O』為坐標原點，建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設計直角坐標系X' o' y'，再將測點Pi的坐標(ri; θ J 轉化為設計直角坐標系χ' o' y'所對應的設計極坐標系下映射點P' ^勺極坐標&『
θ 『 i)，並計算得到設計極坐標系下的同一極角下的映射點P' 極半徑r' 1與設計點 A的極半徑Ii之差Si，並由此建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定模型， 得到目標函數值為f = min (max ( ε J -min ( ε ^)其中，ε, =Vi-Ii= η - {γ-[1 -cos2(6 ,-φ0) + 2sin(2(《-φ0))εsin(《-Θ0)Ιη +$ (1 - cos 4(《-鉻)+ 4 sin(4 ⑷-φ0 ))e sin ⑷-θ0)/r)]}r; = ψ' +e2 -IeriCos(Oi-O0)其中e為測量平臺迴轉中心ο與橫截面線輪廓設計中心O』之間距離並稱為安裝偏心，θ ^為00』與OX軸夾角並稱為偏心角，(K為被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長軸與OX軸之間的夾角，D為變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓長軸直徑，d為變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓短軸直徑，β為鼓度係數，G = D-d稱為橢圓度，步驟3使用粒子群算法求解變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域解、參數最優值及橢圓度步驟3. 1隨機產生粒子的初始位置和初始速度選擇粒子大小popsize為20的種群，以1 X 6維的實數向量為種群中的第j個粒子的位置POSj, j = 1,2,... ,20,H j個粒子的位置表示為POSj = (alj;
a2j' a3j' a4j' a5j' a6j/ 『
其中 」，a2J, a3J, a4J, a5J, a6J分別為對應θ。，e，φ。，β，D，d的可能取值，以另一 1X6維的實數向量為種群中的第j個粒子的速度，表示為Vj = ^lj, b2J, b3j，b4j，b5j，b6j)，其中、， b2J, b3J, b4J, b5J, b6J分別為對應粒子在θ。，e，φ。，β，D，d上的飛行速度，在[-0. 5，0. 5]數值區域內隨機產生20個粒子的Eilj, a2J, a3J, a4J,在 [-0. 5+max (r》，0. 5+max (r)]數值區域內隨機產生20個粒子的 」，max (Γ )為所有測點相對測量平臺迴轉中心ο的半徑Α的最大值，在[-0. δ+πι η^,Ο. δ+πι η^)]數值區域內隨機產生20個粒子的 ，min(ri)為所有測點相對測量平臺迴轉中心ο的半徑A的最小值， 以產生的 」，a2J, a3J, a4J, a5J, a6J作為第j個粒子初始位置;，Ρ。 為第j個粒子在第t代的位置，令t = 1，第j個粒子初始位置;進入粒子迭代，並根據隨機產生的粒子初始位置
Ρο ，計算粒子初始位置的目標函數值/(PO，選取初始位置目標函數值最小的粒子的位置作為第一代全局最佳粒子位置gbestS t = 1 ；第j個粒子初始位置作為第j個粒子第一代的局部最佳粒子位置；^<進入粒子迭代，t = 1，j = 1，2，. . .，20，在[-0. 05,0. 05]數值區域內隨機產生20個粒子的、，b2J, b3j，b4j，b5j，b6J作為初始速度ν)，t = 1，第j個粒子初始速度ν)進入粒子迭代，第j個粒子至第t代以前搜索到的最優位置稱為粒子j第t代的局部最佳粒子位置珅，整個粒子群至第t代以前搜索到的最優位置稱為第t代的全局最佳粒子位置 gbest、步驟3. 2採用濃縮因子法修改粒子速度第j個粒子在迭代的第t代採用如下濃縮因子法修改速度VtJx = Kiytj + ClTandtl Qpbesttj - pos'j) + c2rand[ (gbest' - pos'j))
\2-φ-^φ2-Αφ式中ν)，；^分別為第j個粒子在第t代的速度和位置，和r 叫'分別為在第t 代隨機產生的1X6維向量，向量中的每一元素在
區間隨機產生，C1, C2為加速因子， 分別決定第j個粒子向局部最佳粒子帕d)和全局最佳粒子gbest方向飛行的相對拉力，K 為濃縮因子，C1, C2滿足P = q+ 吵為加速因子的和，加速因子C1, C2和濃縮因子K取值分別為 2. 05，2. 05 和 0. 73，步驟3. 3用步驟3. 2得到修改後的速度v)+1改變粒子位置在迭代的第t代，將第j 個粒子位置;修改為pos'/1 = pos'j +ν'/1 AtAt是時間步長，設置為1，步驟3. 4計算粒子位置改變後的所有粒子目標函數值/(；^)+1)計算第j個粒子位置改變為^<後的粒子目標函數值/(—Γ) 『 j = 1,2,... ,20,
步驟3. 5更新局部最佳粒子位置珅W)如果位置改變後第j個粒子的目標函數值/(；^)+1)小於未改變前第j個粒子局部最佳位置的目標函數值/(^M))，則用;更新第j個粒子的第t代的局部最佳粒子位置 Pbesfj，作為第j個粒子的第t+Ι代的局部最佳粒子；位置，否則，第j個粒子的局部最佳粒子位置珅作為第t+Ι代的局部最佳粒子位置珅^，步驟3. 6更新全局最佳粒子位置找出位置改變後所有粒子;^)+1目標函數值/(PO最小的粒子mpos，如果粒子 mpos的目標函數值f (mpos)小於未改變前全局最佳粒子位置的目標函數值f (gbesf)，則用mpos更新全局最佳粒子位置gbestS作為第t+Ι代的全局最佳粒子位置gbestt+1，否則， 第t代的全局最佳粒子位置gbest作為第t+Ι代的全局最佳粒子位置gbestw，步驟3.7令t = t+Ι，如果t = 301，則進入步驟4，否則，重複步驟3. 3 3. 6，步驟4輸出變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域解、參數Qc^e, φ0, β，D， d最優值及橢圓度。當算法達到終止條件時，全局最佳粒子位置gbest3°°對應參數θ ^，e，Cj5tl，β，D，d 的最優值，全局最佳粒子位置gbest3°°的目標函數值f (gbest3°°)即為搜索到的變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域解，橢圓度G由得到的最優參數值D和d根據G = D-d獲得。
具體實施例方式步驟1以測量平臺迴轉中心ο為測量坐標系xoy的中心建立測量直角坐標系xoy， 將被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓置於測量直角坐標系xoy中且被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長軸與ox軸之間的夾角Φ。為-10° (，測量並獲取變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓上點PiUi, Yi)並將測得的點PiUi, Yi)坐標由式(1)轉化為極坐標 PiOv θ J，i = 1，2，. . .，η，η為測點數目且η為正整數，Xi和分別為測點Pi在測量直角坐標系xoy下的坐標值，A和Qi為測點Pi相對測量平臺迴轉中心ο的半徑和極角，
權利要求
1. 一種變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定方法，其特徵在於，具體步驟如下步驟1以測量平臺迴轉中心O為測量坐標系Xoy的中心建立測量直角坐標系XOy，將被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓置於測量直角坐標系xoy中且被測變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的長軸與OX軸之間的夾角Ctci為-10° (，測量並獲取變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓上點Pi (xi; Yi)並將測得的點Pi (xi; Yi)坐標轉化為極坐標Pi (ri; θ J，i =1,2, ...,η,η為測點數目且η為正整數，Xi和Yi分別為測點Pi在測量直角坐標系xoy 下的坐標值，A和Qi為測點Pi相對測量平臺迴轉中心ο的半徑和極角，步驟2由變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設計公式設計變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓並以ο』為設計中心，再以變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓的設計中心O』為坐標原點，建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓設計直角坐標系χ' o' y'，再將測點Pi的坐標(ri; Θ》轉化為設計直角坐標系χ' o' y'所對應的設計極坐標系下映射點P' 極坐標(r' θ 『 i)，並計算得到設計極坐標系下的同一極角下的映射點P' 極半徑r' 1與設計點 A的極半徑Ii之差Si，並由此建立變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定模型， 得到目標函數值為
全文摘要
本發明公開了一種變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定方法，該方法首先測量並獲取變橢圓活塞裙部橫截面測點坐標，如果測點坐標是直角坐標則轉換為極坐標，建立了變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域評定模型；然後隨機產生粒子的初始位置和初始速度，根據粒子初始位置及橫截面線輪廓測量值計算粒子的目標函數值，確定局部和全局最佳粒子；採用濃縮因子法修改粒子速度、改變粒子位置，用改變後的粒子位置更新局部最佳粒子位置和全局最佳粒子位置，當達到預定的終止條件時，輸出變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域解、參數最優值及橢圓度；本發明能夠同時計算變橢圓活塞裙部橫截面線輪廓誤差最小區域解、參數最優值及橢圓度。
文檔編號G01D1/00GK102162728SQ20101059342
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者曹未豐, 朱曉春, 汪鳳林, 溫秀蘭, 王東霞, 盛黨紅, 趙藝兵 申請人:南京工程學院