(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210763480.1 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 洪军　胡晓坤　李小虎　赵强强　 杨溢涛　段金燕　吴腾飞　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 闵岳峰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/22(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/08(2006.01)G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种融合肤面模型与有限元的精密机械精 度建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种融合肤面模型与有限元 的精密机械精度建模方法， 包括： 1)获取精密机 械各零件的高精点云数据， 包括几何尺寸参数与 零部件材料参数； 2)建立各零件的肤面模型， 其 中各零件表面误差数据由上一步测量的点云数 据获得； 3)依托上一步的肤面模型， 计算各零件 受载变形， 得到考虑变形的装配精度预测模型； 4)使用上述模型计算产生大量仿真数据， 利用机 器学习的方法进行分析处理， 建立起装配调整量 与装配精度之间的关联； 5)建立精密机械精准装 调优化的数学模型， 从而完成装配调整量计算， 实现复杂闭链机构精准装调。 本发 明不仅考虑几 何误差对装配精度所造成的影 响， 同时将受载变 形也一并纳入考虑， 因而在正向的精度预测方面 更加精准。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115099102 A 2022.09.23 CN 115099102 A 1.一种融合 肤面模型与有限元的精密机 械精度建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)获取精密机 械各零件的高精点云数据， 包括几何尺寸 参数与零部件材 料参数； 2)建立各零件的肤 面模型， 其中各零件表面 误差数据由上一 步测量的点云数据获得； 3)依托上一 步的肤面模型， 计算各零件受载变形， 得到考虑变形的装配精度预测模型； 4)使用上述模型计算产生大量仿真数据， 利用机器学习的方法进行分析处理， 建立起 装配调整量与装配精度之间的关联； 5)建立精密机械精准装调优化的数学模型， 从而完成装配调整量计算， 实现复杂闭链 机构精准装调。 2.根据权利要求1所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 步骤1)的具体实现方法为： 通过三坐标测量机高精度测量设备， 获得装配体各零件的点云数据， 并依据设计要求 得到零件的名义尺寸与材 料属性。 3.根据权利要求1所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 步骤1)的具体实现方法为： 通过三维激光扫描仪高精度测量设备， 获得装配体各零件的点云数据， 并依据设计要 求得到零件的名义尺寸与材 料属性。 4.根据权利要求1所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 步骤2)的具体实现方法为： 将步骤1)中所测量的点云进行三角化处理， 生成各零件在网格表述下的肤面模型， 该 模型包含了零件的真实加工误差 。 5.根据权利要求1所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 步骤3)的具体实现方法为： 系统分析装配体各零部件在真实工况下的受载情况， 确定合理的载荷和约束， 利用有 限元方法计算出相应 变形情况， 从而实现考虑几何误差和受载变形的装配精度正向预测。 6.根据权利要求1所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 步骤4)的具体实现方法为： 确定装配体在生产过程中的装调工艺参数取值范围， 在相应区间内生成大量仿真数 据， 依托前3步骤建立的装配精度模型对这些数据进行正向预测， 得到包含输入 ‑输出映射 关系的数据集， 对该数据集进行处理与分析， 从而得到装配调整量与装配精度之间的内在 关联。 7.根据权利要求6所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 利用机器学习的方法对该 数据集进行处 理与分析。 8.根据权利要求1所述的一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方法， 其特 征在于， 步骤5)的具体实现方法为： 依托建立的装配精度预测模型， 以装配精度为优化目标函数， 以装配调工艺参数为设 计变量， 以装配调整量取值范围为约束 条件， 使用优化算法计算得到最优装调量， 实现定量 装调。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115099102 A 2一种融合肤面模型与有限元的精密机械精度建模方 法 技术领域 [0001]本发明属于机械装配技术领域， 具体涉及 一种融合肤面模型与有限元的精密机械 精度建模方法。 背景技术 [0002]伴随着现代工业对产品质量要求的不断提高， 机械产品也朝着精密化方向不断发 展。 机械产品的性能指标不断上升， 而相对应的则是零件加工精度已经趋于 极限， 呈现边际 递减效应， 依靠仅提高零件加工精度以提升整机性能的方法不仅在工程上愈发困难， 而且 极速攀升的加工成本使得经济效益也大打折扣。 因此在当下想要继续提高产品精度则需要 从其他环节入手。 [0003]装配作为机械产品生产的最后一道环节， 其工序质量将直接影响整机的性能指 标。 特别是对于复杂精密机械产品而言， 装配误差在最 终的整机误差中占有较高的比重。 因 此装配精度预测与装调优化已经成为装配领域的一个重要研究方向。 而从实际装配流程来 看， 复杂精密机械产品的最终装配精度影响因素颇多， 包括零件的加工误差、 装配定位误 差、 并行装配导致的过约束、 预紧力、 配合面变形、 过盈装配等。 国内装配学领域大多聚焦于 装配误差的传递机理方面， 以此反哺产品的公差设计， 主要属于CAT(Computer ‑Aided  Tolerancing,CAT)领域的范畴， 相关研究成果无法用于产品生产装配环节。 而从实际生产 角度出发， 基于测量数据， 尤其是将零件误差、 装配变形及装配定位误差同时纳 入考虑的研 究则相对较少。 [0004]从工程层面来说， 现有的复杂精密机械产品装配环节存在着机理不透明、 精度预 测困难、 预测结果可复现性差等问题。 正是由于存在着上述困难， 国内大多数企业在面对此 类装配问题时往往采用依靠工人经验为主的 “测量—拆装—测量 ”的装配方法。 这样的方法 不仅大大拉低了生产效率、 难以形成规范化的装配工艺， 而且对于加工精度普遍达到微米 级的产品零件而言， 反复拆装对其表面质量有着极大 的损伤风险。 正朝着精密化的方向快 速发展， 由于装配误差而造成的偏心振动、 影响也愈发突出。 现有的装调操作仍然主要依赖 工人经验， 因此效率低下且质量不稳定。 例如在航空发动机的装配过程中， 工人手工装调操 作的流程占装配总流 程的1/3以上， 严重制约了整机交付的质量和效率。 [0005]目前国内相关方面的研究非常有限， 尚无一套完整的基于实测数据的精密机械产 品装配精度计算方法及 对应装调优化理论。 为此提出一种基于肤面模型与有限元方法的精 密机械装配精度预测与调控方法， 从而解决依靠工人经验所带来的装调周期过长、 装配精 度计算一致性差、 装配质量 不稳定的问题。 发明内容 [0006]本发明的目的在于针对目前精密机械装配过程中装配预测精准度低而造成装配 合格率低下的现状， 提供了一种融合 肤面模型与有限元的精密机 械精度建模方法。 [0007]本发明采用如下技 术方案来实现的：说　明　书 1/4 页 3 CN 115099102 A 3