一种轮胎模具型腔表面高精度加工与检测方法与流程

本发明涉及精密加工与检测，尤其涉及一种轮胎模具型腔表面高精度加工与检测方法。

背景技术：

1、随着高端轮胎制造工艺的升级，在轮胎模具复杂三维型腔表面加工具备优异光学消光特性的微纳纹理，已经成为轮胎精密制造领域的关键技术需求，该类制造过程通常需要借助计算机辅助软件，将理论设计的二维微纳阵列映射至三维模具表面，进而解算出包含空间位置和表面法向量的加工轨迹点位，最后依托多轴高能束加工设备，沿着复杂曲面的形貌轮廓进行高频脉冲蚀刻，以在空间自由曲面上精密重现微米级的几何阵列结构。

2、现有映射方法在曲面陡峭区易产生角度畸变与面积拉伸，而恒定能量蚀刻无法补偿由此引发的能量密度降低，导致微纳结构发生几何畸变且深度不均，难以保障光学一致性。此外，在三维计算机视觉检测中，现有点云处理技术难以消除大型模具在机测量的偏移误差，致使形貌特征比对失准，缺乏高精度的数字视觉检测闭环。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供了一种轮胎模具型腔表面高精度加工与检测方法，通过建立曲面自适应纹理映射模型，结合曲面拉伸系数动态求解与蚀刻脉冲能量自适应调控，解决现有映射导致的微纳纹理形状畸变，以及恒定能量蚀刻造成的深度不均的问题，有效提升模具微纳纹理加工精度与光学性能一致性。

2、本发明提供了如下技术方案，一种轮胎模具型腔表面高精度加工与检测方法，包括：

3、s1、获取轮胎模具型腔表面的三维模型数据并进行网格离散化处理，生成三维曲面网格并计算各网格顶点的初始高斯曲率；

4、s2、设定三维曲面网格的目标高斯曲率为零，利用离散曲率流算法及初始高斯曲率求解各网格顶点的共形因子，将三维曲面网格保角映射为二维参数网格；

5、s3、基于共形因子，提取二维参数网格相对三维曲面网格在各网格顶点处的面积伸缩系数，构建空间动态缩放场；

6、s4、在二维参数网格上生成目标微纳纹理的二维加工点位，基于网格拓扑关系将二维加工点位逆向映射至三维曲面网格，获得三维加工点位及空间法向量；

7、s5、将三维加工点位和空间法向量输入多轴高能束加工设备，在多轴高能束加工设备的加工头沿空间法向量移动时，基于空间动态缩放场中的面积伸缩系数动态调节多轴高能束加工设备的输出能量进行加工；

8、s6、采用光学测头对加工后的轮胎模具型腔表面进行在机扫描，获取实测点云，并将实测点云与目标微纳纹理的形貌特征进行比对。

9、以下是对本发明技术方案的进一步优化：

10、步骤s1中，计算各网格顶点的初始高斯曲率的步骤，包括：

11、获取与各网格顶点相邻的各离散面片，计算各离散面片在相应网格顶点处的内角和；

12、计算预设全角常数与内角和的差值，获取网格顶点处的角度亏损值；

13、利用网格顶点的局部邻域面积对角度亏损值进行归一化处理，得到初始高斯曲率。

14、进一步优化：步骤s2中，所述利用离散曲率流算法及所述初始高斯曲率求解各所述网格顶点的共形因子的步骤，包括：

15、构建以初始高斯曲率为初始状态的演化微分方程组，建立曲率变量与共形因子的映射约束；

16、以目标高斯曲率为收敛终点，计算演化微分方程组在各网格顶点处的曲率演化梯度；

17、沿曲率演化梯度的下降方向迭代更新所述演化微分方程组，直至达到预设收敛精度后输出所述共形因子。

18、进一步优化：步骤s2中，将三维曲面网格保角映射为二维参数网格的步骤，包括：

19、利用共形因子推导三维曲面网格中各网格边的长度缩放系数；

20、根据长度缩放系数更新各网格边的边长，生成具备保角特征的过渡度量网格；

21、基于投影展平算法将过渡度量网格映射至二维平面坐标系中，构建出二维参数网格。

22、进一步优化：步骤s3中，构建空间动态缩放场的步骤，包括：

23、建立二维参数网格与三维曲面网格在各网格顶点处的局部面积映射关系；

24、基于局部面积映射关系，提取各网格顶点处的形变比例作为面积伸缩系数；

25、将面积伸缩系数作为标量特征绑定至三维曲面网格的空间坐标中，生成空间动态缩放场。

26、进一步优化：步骤s4中，基于网格拓扑关系将二维加工点位逆向映射至三维曲面网格的步骤，包括：

27、在二维参数网格中定位包含二维加工点位的目标二维面片，并计算相应的相对参数坐标；

28、利用网格映射索引，在三维曲面网格中匹配出与目标二维面片拓扑等价的目标三维面片；

29、基于相对参数坐标对目标三维面片的几何特征进行空间插值，解算出三维加工点位及空间法向量。

30、进一步优化：步骤s5中，使多轴高能束加工设备的加工头沿空间法向量移动时的步骤，包括：

31、解析所述三维加工点位的空间坐标，生成多轴高能束加工设备的平移位移指令；

32、解析空间法向量的方向特征，生成用于控制加工头出束方向垂直于轮胎模具型腔表面的姿态旋转指令；

33、基于多轴联动控制算法对相邻的三维加工点位进行运动学插补，维持加工头在轨迹过渡时的法向姿态连续性。

34、进一步优化：步骤s5中，动态调节多轴高能束加工设备的输出能量的步骤，包括：

35、获取目标微纳纹理在预设标准状态下的基准能量设定参数；

36、结合三维加工点位对应的面积伸缩系数，对基准能量设定参数进行自适应补偿计算，获取目标能量幅值；

37、将目标能量幅值转化为设备控制指令，实时调制多轴高能束加工设备的输出能量。

38、进一步优化：步骤s6中，将实测点云与目标微纳纹理的形貌特征进行比对的步骤，包括：

39、将实测点云与三维模型数据执行空间全局配准，消除测量系统的刚体偏移误差；

40、提取配准后的实测点云的局部微观几何特征，计算获取实际加工纹理的空间拓扑参数与形貌深度参数；

41、将空间拓扑参数、形貌深度参数与目标微纳纹理的理论设计参数进行偏差量化分析，依据比对结果输出质量判定反馈信号。

42、本发明具有如下有益效果：

43、1、在本发明中，通过离散曲率流算法将三维曲面保角展平以消除微纳纹理的角度畸变，并提取面积伸缩系数构建动态缩放场，加工时据此实时补偿输出能量弥补由局部面积缩放导致的能量密度失衡，能够在复杂模具型腔上实现形状无畸变且蚀刻深度一致的加工效果。

44、2、在本发明中，利用拓扑映射规则将二维加工点位逆向还原至三维曲面，通过插值算法直接解算出三维物理坐标与精确的空间法向量，在确保加工头严格垂直于模具表面的同时配合多轴插补算法维持了平滑的偏转姿态，能够有效避免直接布点引发的纹理干涉，以及机床越过突变曲率时产生的剧烈机械抖动。

45、3、在本发明中，构建了高精度的在机检测数字闭环体系，通过对扫描点云与理论模型执行空间全局配准以剔除测量系统的刚体偏移误差，进而提取实际形貌深度参数进行公差比对与质量预警，直接免除了重型模具反复流转造成的二次装夹定位误差，提升了微纳结构高精度量产制造的整体可靠性。