一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法
阅读说明：本技术 一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法 (Large diesel engine hole coaxiality measuring method based on multiple optimization ) 是由 孙丽 杨威斌 周宏根 景旭文 李国超 冯丰 曹利平 杨武刚 田锐敏 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法包括如下步骤:在所测柴油机孔系上等距选择各孔截面,在所选截面上的点均匀选取n个点作为圆拟合点,并记录其空间坐标；基于排列组合方法得到组圆拟合点集合；拟合得到个最小二乘圆；得到拟合点和个最小二乘圆圆心间的距离,得到误差ε-(ji)；定义一许用误差值为μ,统计满足要求的圆拟合点个数,以满足误差需求的点的个数作为排序指标,得到所测孔截面圆的圆心；得到所测孔的基准轴线,计算其余孔圆心截面圆的圆心同基准轴线间的距离为γ-(k),再根据距离γ-(k)得到曲轴孔的同轴度。本发明避免了最小二乘法拟合圆心时易受到干扰点影响的问题,提高了孔同轴度测量的精度。(The invention discloses a method for measuring the coaxiality of a large diesel engine hole system based on multiple optimization, which comprises the following steps of selecting hole sections on a measured diesel engine hole system at equal intervals, uniformly selecting n points on the selected sections as circle fitting points, and recording the space coordinates of the points; based on permutation and combination method Combining a set of circle fitting points; fitting to obtain A least squares circle; obtaining a fitted point sum The distance between the centers of the least square circles is obtained to obtain an error epsilon ji (ii) a Defining an allowable error value as mu, counting the number of circle fitting points meeting the requirement, and using the number of points meeting the error requirement as a sequenceThe index is used for obtaining the center of a circle of the section of the measured hole; obtaining the reference axis of the measured hole, and calculating the distance between the centers of the cross-sectional circles of the centers of the rest holes and the reference axis as gamma k According to the distance gamma k The coaxiality of the crankshaft hole is obtained. The method avoids the problem that the least square method is easily influenced by interference points when fitting the circle center, and improves the accuracy of hole coaxiality measurement.)
技术领域
本发明涉及孔同轴度的离线测量方法，尤其涉及一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法。
背景技术
大型柴油机作为各类大型机械的主要动力装置，其造价昂贵，结构复杂，一旦发生故障，则可能导致工期延误甚至会发生事故，从而给企业造成巨大的损失。柴油机上孔系众多，若孔同轴度的测量值发生较大的偏差从而导致误判，则可能会影响到柴油机在使用过程中的性能及可靠性。
孔的圆心拟合精度直接影响了孔的同轴度测量精度，现有技术多以最小二乘法进行孔的圆心拟合，但使用最小二乘法时易受干扰点的影响，而使得拟合的圆心发生较大的偏差，由此导致所测得的孔同轴度与实际同轴度之间存在着较大的误差。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的提供一种避免了最小二乘法拟合圆心时易受到干扰点影响的问题，获得了孔截面的高精度圆心从而提高了孔同轴度测量的精度的基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法。
本发明公开了一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法，包括如下步骤：
(1)、在所测柴油机孔系上等距选择各孔截面，在所选截面上的点均匀选取n个点作为圆拟合点，并记录其空间坐标；
(2)、基于排列组合方法，将所取的n个圆拟合点以每r个一组得到组圆拟合点集合；
(3)、基于最小二乘法及所得组圆拟合点集合，拟合得到个最小二乘圆；
(4)、依次计算所选n个圆拟合点同拟合得到的个最小二乘圆圆心之间的距离，并将该距离与所对应的最小二乘圆半径间的差值εji作为第j个圆拟合点同所验证的第i个最小二乘圆之间的误差；
(5)、定义一许用误差值为μ，统计n个圆拟合点中同所验证的最小二乘圆之间的满足误差εji≤μ要求的圆拟合点个数，以满足误差需求的点的个数作为排序指标，将满足误差需求的点的个数最多的最小二乘圆所对应的圆心作为所测孔截面圆的圆心；
若个数相同，则以满足εji≤μ要求的误差的平均值的大小作为优选依据进行二次排序，将误差平均值最小的圆心作为所测孔截面圆的圆心；
(6)、将所测孔首末两个截面圆的圆心连线作为所测孔的基准轴线，计算其余孔圆心截面圆的圆心同基准轴线间的距离为γk，再根据距离γk得到曲轴孔的同轴度。
其中，所述步骤(3)中个最小二乘圆对应的圆曲线方程可表示为：
(x-xi)2+(y-yi)2＝Ri 2
其中(xi,yi)为所拟合的第i个最小二乘圆圆心在XOY面上的投影坐标，Ri为第i个最小二乘圆对应的半径值，
优选地，所述步骤(4)中误差εji可表示为：
其中(xj,yj)为圆拟合点的在XOY面上的投影坐标，j＝1,2,3,…,n。
再者，所述步骤(6)中所测孔的基准轴线表示为：
(x-xs)/(xm-xs)＝(y-ys)/(ym-ys)＝(z-zs)/(zm-zs)
其中(xs,ys,zs)为孔首截面圆的圆心坐标，(xm,ym,zm)为孔末截面圆的圆心坐标。
进一步，所述步骤(6)中曲轴孔的同轴度可表示为：f＝2max{γk}。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明对孔截面上所选取的圆拟合点进行随机组合，并基于所得到的圆拟合点组合，通过最小二乘法拟合得到一系列的离散圆心作为圆心候选，根据选取的圆拟合点对多重圆心候选点的精度进行评判并将精度最高的圆心候选点作为孔截面的真实圆心，将传统方法所得到的单一选择圆心转变成了多重选择圆心，避免了最小二乘法拟合圆心时易受到干扰点影响的问题，获得了孔截面的高精度圆心，从而提高了孔同轴度测量的精度。
附图说明
图1为本发明中某型船用柴油机机体的结构示意图；
图2为本发明中最小二乘法拟合圆心示意图；
图3为本发明中孔同轴度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1和图2所示，一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法，包括如下步骤：
1、一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法，包括如下步骤：
(1)、在所测柴油机孔系上等距选择各孔截面，在所选截面上的点均匀选取n个点作为圆拟合点，并记录其空间坐标；
(2)、基于排列组合方法，将所取的n个圆拟合点以每r个一组得到组圆拟合点集合；
(3)、基于最小二乘法及所得组圆拟合点集合，拟合得到个最小二乘圆；个最小二乘圆对应的圆曲线方程可表示为：
(x-xi)2+(y-yi)2＝Ri 2
其中(xi,yi)为所拟合的第i个最小二乘圆圆心在XOY面上的投影坐标，Ri为第i个最小二乘圆对应的半径值，
(4)、依次计算所选n个圆拟合点同拟合得到的个最小二乘圆圆心之间的距离，并将该距离与所对应的最小二乘圆半径间的差值εji作为第j个圆拟合点同所验证的第i个最小二乘圆之间的误差；误差εji可表示为：
其中(xj,yj)为圆拟合点的在XOY面上的投影坐标，j＝1,2,3,…,n；
(5)、定义一许用误差值为μ，统计n个圆拟合点中同所验证的最小二乘圆之间的满足误差εji≤μ要求的圆拟合点个数，以满足误差需求的点的个数作为排序指标，将满足误差需求的点的个数最多的最小二乘圆所对应的圆心作为所测孔截面圆的圆心；
若个数相同，则以满足εji≤μ要求的误差的平均值的大小作为优选依据进行二次排序，将误差平均值最小的圆心作为所测孔截面圆的圆心；
(6)、将所测孔首末两个截面圆的圆心连线作为所测孔的基准轴线，所测孔的基准轴线表示为：
(x-xs)/(xm-xs)＝(y-ys)/(ym-ys)＝(z-zs)/(zm-zs)
其中(xs,ys,zs)为孔首截面圆的圆心坐标，(xm,ym,zm)为孔末截面圆的圆心坐标；
计算其余孔圆心截面圆的圆心同基准轴线间的距离为γk，再根据距离γk得到曲轴孔的同轴度，曲轴孔的同轴度可表示为：f＝2max{γk}。
实施例1
以某型船用柴油机机体曲轴孔同轴度测量为例，该型船用柴油机机体示意图，如图1所示。
如图2和图3所示，一种基于多重优选的大型柴油机孔系同轴度的测量方法，包括如下步骤：
(1)、假定所测柴油机机体曲轴孔一截面真实圆心在XOY平面上的投影为(0,0)，对应的孔半径为313mm，以该截面为对象，在截面上设定一定数量的偏差点，对该截面的圆心进行拟合；
在所测孔截面上均匀提取6个点，并记录其空间坐标如表1所示：
表1
点序号
空间坐标
1
(0,313,50)
2
(-10,313.1,50)
3
(-250,188.33215,50)
4
(-265,166.5653,50)
5
(260,174.26,50)
6
(255,181.5048,50)
其中2号点为所假定的偏差点；
(2)、基于排列组合法对所提取的曲轴孔截面圆的点坐标进行随机组合，根据随机组合所得到的坐标点，通过最小二乘法拟合得到若干个圆
将所选的6个点以每3个一组随机组合分成20组，分组情况如表2所示：
表2
(3)、基于最小二乘法拟合得到20组圆心坐标(xi,yi)及所对应半径值Ri，所得到的圆曲线方程可写为：
(x-xi)2+(y-yi)2＝Ri 2
其中(xi,yi)为拟合得到的圆心坐标，Ri为所对应的圆半径值，i＝1,2,3,…,20；
(4)、依次计算所选6个圆拟合点与拟合得到的20个最小二乘圆圆心之间的距离，并将该距离与所对应的最小二乘圆半径间的差值εji作为第j个圆拟合点同所验证的第i个最小二乘圆之间的误差，εji可表示为：
其中(xj,yj)为圆拟合点的在XOY面上的投影坐标，j＝1,2,3,…,6；
(5)、定义许用误差值μ为0.003，统计6个圆拟合点中同所验证的最小二乘圆之间的满足误差εji≤0.003要求的圆拟合点个数，以满足误差需求的点的个数作为排序指标，将满足误差需求的点的个数最多的最小二乘圆所对应的圆心作为所测曲轴孔截面圆的圆心，统计结果如表3所示；
表3
组号
符合误差要求的个数
第1组
3
第2组
3
第3组
4
第4组
4
第5组
5
第6组
5
第7组
5
第8组
5
第9组
5
第10组
5
第11组
3
第12组
3
第13组
3
第14组
3
第15组
3
第16组
3
第17组
5
第18组
5
第19组
5
第20组
5
表3显示，第5、6、7、8、9、17、18、19、20组符合要求的个数均为5个，以满足εji≤μ要求的误差的平均值的大小作为优选依据进行二次排序，将误差平均值最小的圆心作为所测曲轴孔截面圆的圆心，平均值结果如表4所示；
表4
组号
误差平均值
第5组
1.3416e-5
第6组
1.8897e-06
第7组
1.8636e-06
第8组
1.8544e-06
第9组
1.8353e-06
第17组
4.0111e-06
第18组
3.5228e-06
第19组
3.2578e-05
第20组
3.3854e-05
其中第9组拟合点的误差平均值最小，将其作为所测孔截面的圆心，其坐标为(-0.0000069238，-0.000015384，50)，其所对应的半径值为313mm；
若不依据本发明所提出的方法，直接基于所选取的6个点和最小二乘法进行圆心拟合，所得到的圆心坐标为(-0.000036765，-0.1472，50)，所对应的半径值为313.099mm。
与所假定的截面真实圆心(0，0，50)及半径值313mm相比，本发明所提出方法拟合得到的圆心值更接近真实圆心，而传统最小二乘法拟合得到的圆心则受到了偏差点的影响，相较于真实圆心，其纵坐标发生了较大的偏差。
(6)、等距选取曲轴孔截面，依据上述方法，计算得到所有截面的圆心，将所测曲轴孔首末两个截面圆的圆心连线作为所测孔的基准轴线，表示为：
(x-xs)/(xm-xs)＝(y-ys)/(ym-ys)＝(z-zs)/(zm-zs)
其中(xs,ys,zs)为首截面圆的圆心坐标，(xm,ym,zm)为其中末截面圆的圆心坐标；
计算其余孔截面圆心同基准轴线间的距离，假定某一所测曲轴孔截面圆的圆心坐标为(xk,yk,zk),其同基准轴线之间的距离计算过程如下：
[x,y,z]*[xm-xs,ym-ys,zm-zs]T＝[xk,yk,zk]*[xm-xs,ym-ys,zm-zs]T
令xm-xs＝a,ym-ys＝b,zm-zs＝c，
则所测曲轴孔截面圆的圆心同基准轴线间的距离为：
所测曲轴孔同轴度则表示为：
f＝2max{γk}。
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