一种基于本体的无基准几何误差提取方案的自动生成方法与流程

1.本发明属于几何误差测量与计算机应用领域，涉及一种基于本体的无基准几何误差提取方案的自动生成方法，可用于无基准要求几何误差的零件表面轮廓离散点的提取，为零件表面离散点的提取提供规范、合理、快速的自动生成方法。


背景技术：

2.几何误差（按照是否有基准要求，分为有基准几何误差和无基准几何误差）对机器、仪器的装配精度、工作精度、使用寿命等性能都有直接的影响，为控制机器零件的几何误差，提高机器的精度和延长使用寿命，保证互换性，对零件进行几何误差测量是必须进行工作。在几何误差测量中，提取是采用特定的方法从零件表面获取有限点集的操作，提取方案指在提取操作中提取点的分布方式，即提取路径。提取方案的规范性、合理性直接影响提取点的质量和整个计量过程的精确性。
3.国家标准gb/19582-2017规定了6种无基准要求的几何公差项目，分别为直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度，同时规定了11种提取方案，分别为栅格提取方案(grid)、布点提取方案(point)、分层提取方案(stratified)、和特殊曲线提取方案(specialcurve)，具体包括鸟笼法(birdcage)、极坐标法(polar)、矩形法(orthogonal)、三角形法(triangular)、平行线法(parallel)、母线法(generatrix)、圆周线法(circumference)、螺旋线法(helix)、渐开线法(spiral)、蜘蛛网法(spiderweb)。在工程实际中，测量者往往根据自身经验或通过查询相应的计量手册来选择提取方案，其对图样上几何公差工程语义的差异化理解将会导致测量方法的不统一、测量过程的不规范和测量结果的多样性。
4.根据零件的图样信息获取需要的测量信息，对公差的工程语义统一规范化表达，让语义信息被计算机读取、理解、共享并最终实现自动推理，是解决设计信息和检测信息不统一的重要途径。但是，当前主要的三类方法在应用中都存在不足。
5.第一类，基于零件模型的定义数据集的测量信息表示模型利用检测项目的公差标注信息与几何信息的关联，定义构成测量信息的基本组成元素和关联关系，可实现零件测量信息直观和便捷的获取。但是，公差的语义信息依然难以在异构cad系统之间进行交换，不能为计算机理解并共享。
6.第二类，当今工程中采用产品数据模型交换标准 (standard for the exchange of product model data, step)，该方法所采用的express公差信息表示语言可以建立语法一致的公差信息表示模型，但无法显示地表示公差信息的语义，也就无法满足公差信息语义表示和交换的需求。
7.第三类，为满足公差信息语义表示和交换的需求，本体技术被应用到计算机辅助公差规范设计中，通过建立一个层次式的公差规范信息表示模型，并以此为基础设计一种基于本体的公差规范智能设计方法，实现了公差信息上升到被计算机可识读且可解释的语义层面，为公差语义的交换奠定基础。但该方法只应用于公差设计阶段，并没有在公差检测
和评定得到应用。
8.综上所述，在基于本体的公差规范自动生成方法的基础上，提出一种基于本体的无基准几何误差提取方案的自动生成方法，使产品模型中的工程语义信息被有效读取和清晰表达，最终实现产品测量过程中提取方案的智能推理，保证计算机辅助公差检测符合新一代gps标准规范要求。


技术实现要素：

9.本发明的目的是：
10.本发明提出一种基于本体的无基准几何误差提取方案的自动生成方法，可用于无基准要求的几何公差项目提取方案的自动生成。无基准几何误差提取方案的自动生成方法不仅可以保证零件表面轮廓离散点的获取更加规范、高效，还可以为接下来提取点数的准确计算、滤波和拟合操作的规范选取以及几何误差的精确评定提供合理的指导。
11.本发明采用的方案是：
12.一种基于本体的无基准几何误差提取方案的自动生成方法是通过以下步骤实现的：
13.步骤1：根据新一代产品几何技术规范(geometrical product specification, gps)和零件的功能要求，对零件进行规范化设计，标注正确合理的几何公差规范。
14.步骤1结束后进行步骤2。
15.步骤2：从零件图样中提取零件的测量信息，主要包括无基准几何公差规范标注信息，以及与其相关的被测要素的拟合导出要素与实际组成要素信息。
16.步骤2结束后进行步骤3。
17.步骤3：根据提取的零件无基准几何公差规范信息，构造零件的无基准几何公差规范矩阵m
gts,k
ⅹ3如下定义：
[0018][0019]
其中m
gts,k
ⅹ3的行标为零件的无基准几何公差规范gts1、gts2、
…
、gtsk，列标为被测要素、几何公差类型、公差值；{adf1, adf2,
…
, adfn}(adf为实际组成要素的拟合导出要素，有导出点(pt)、导出线(sl)、导出面(pl)三类)；{tt1, tt2, tt3, tt4, tt5, tt6}(tt1表示直线度、tt2表示平面度、tt3表示圆度、tt4表示圆柱度、tt5表示线轮廓度、tt6表示面轮廓度)；{tv1, tv2,
ꢀ…
, tvk}(tv1, tv2,
ꢀ…
, tvk为各几何公差要求的公差值)。
[0020]
步骤3结束后进行步骤4。
[0021]
步骤4：根据提取的零件几何要素信息，构造拟合导出要素与实际组成要素之间的约束关系矩阵m
con,k
ⅹn如下定义：
[0022][0023]
其中m
con,k
ⅹn的行标为被测要素的拟合导出要素adf1, adf2, ..., adfk，列标为零件的实际组成要素aif1, aif2,
ꢀ…
, aifn；若adfu(u=1, 2,
ꢀ…
, k)与aifv(v=1, 2,
ꢀ…
, n)之间有约束关系，则，否则。
[0024]
步骤4结束后进行步骤5。
[0025]
步骤5：根据构造的矩阵m
gts,k
ⅹ3，运用owl断言公式构建表示零件无基准几何公差规范信息的断言公式集a
gts
。
[0026]
步骤5结束后进行步骤6。
[0027]
步骤6：根据构造的矩阵m
con,k
ⅹn，运用owl断言公式构建表示拟合导出要素与实际组成要素约束关系的断言公式集a
con
。
[0028]
步骤6结束后进行步骤7。
[0029]
步骤7：使用prot
égé
软件构建无基准几何误差提取方案本体，其构建过程中有三个主要的步骤：
[0030]
（1）根据无基准几何误差提取方案领域的重要术语和知识，对其进行合理、规范的分类和定义，构建提取方案本体的类及其之间的层次关系，如附图3；
[0031]
（2）定义类属性来表示类与类之间或者个体与个体之间的关系，如附图4；
[0032]
（3）定义类属性的定义域和值域，如表所示：
[0033][0034]
最终，构建得到无基准几何误差提取方案本体模型如附图5。
[0035]
步骤7结束后进行步骤8。
[0036]
步骤8：采用语义网规则语言(semantic web rule language, swrl)定义无基准几何误差提取方案的生成规则，如表所示：
[0037][0038][0039]
采用swrl建立以上规则用于无基准几何误差提取方案的自动生成。
[0040]
步骤8结束后进行步骤9。
[0041]
步骤9：以a
gts
和a
con
中的owl断言作为输入，应用swrl规则在jess推理机中进行推理，获取可选提取方案。
[0042]
步骤9结束后进行步骤10。
[0043]
步骤10：根据零件的具体几何公差类型，从可选提取方案中选取最终的提取方案，对于典型的几何公差类型确定最终提取方案可依据如下规则：
[0044]
规则1：当几何公差类型为素线直线度时，优先采用平行线法或母线法；
[0045]
规则2：当几何公差类型为轴线直线度时，优先采用圆周线法；
[0046]
规则3：当几何公差类型为平面度且实际组成要素为矩形平面时，优先采用矩形法；
[0047]
规则4：当几何公差类型为平面度且实际组成要素为矩形平面时，优先采极坐标法；
[0048]
规则5：当几何公差类型为圆度时，优先采用圆周线法；
[0049]
规则6：当几何公差类型为圆柱度时，优先采用鸟笼法。
[0050]
本发明的有益效果是：
[0051]
1、从零件的设计到测量，充分依据新一代gps相关规范，保证设计过程和检测工艺的规范和统一。2、对零件图样标注中无基准几何公差测量信息通过采用邻接矩阵进行合理规范的表示，为本体的构建奠定基础。3、实现从cad设计软件到零件几何公差提取方案的自动生成，有助于零件计量过程的规范统一和减少不确定度的产生。
[0052]
本发明提供了一种基于本体的无基准几何误差提取方案的自动生成方法，该方法规范、高效、形式简单，可用于无基准要求几何误差的提取方案的自动生成，为计算机辅助检测中测量方法的自动生成提供有效的思路和方法，同时对于推广我国新一代gps标准体系在工程实践中的规范化应用具有重要的参考意义。
附图说明
[0053][0054]
图1为本发明的流程图。
[0055]
图2为具体实施例中零件规范标注图。
[0056]
图3为无基准几何误差提取方案本体的类及其之间的层次关系图。
[0057]
图4为无基准几何误差提取方案本体的类属性图。
[0058]
图5为无基准几何误差提取方案本体模型图。
具体实施方式
[0059][0060]
以下是本发明的具体实施例，参照附图2对本发明的方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0061]
生成一个阶梯轴零件的无基准几何误差的提取方案，其在图样中的无基准几何公差设计规范如附图2所示。
[0062]
步骤1：根据新一代产品几何技术规范(geometrical product specification, gps)和零件的功能要求，对阶梯轴零件进行规范化设计，标注正确合理的几何公差规范。
[0063]
步骤1结束后进行步骤2。
[0064]
步骤2：从零件图样中提取零件的测量信息，主要包括无基准几何公差规范标注信息，以及与其相关的被测要素的拟合导出要素与实际组成要素信息。
[0065]
步骤2结束后进行步骤3。
[0066]
步骤3：根据提取的零件无基准几何公差规范信息，构造零件的无基准几何公差规
范矩阵m
gts,k
ⅹ3如下定义：
[0067][0068]
其中m
gts,2
ⅹ3的行标为零件的无基准几何公差规范gts1、gts2，列标为被测要素、几何公差类型、公差值；元素值“tsl(aif1)”表示圆柱面aif1的拟合导出圆，
[0069]“tpl(aif6)”表示圆柱面aif6的拟合导出圆柱，“tt
3”表示圆度公差，“tt
4”表示圆柱度，元素值“0.025”表示gts1的公差值为0.025，元素值“0.020”表示gts1的公差值为0.020。
[0070]
步骤3结束后进行步骤4。
[0071]
步骤4：根据提取的零件几何要素信息，构造拟合导出要素与实际组成要素之间的约束关系矩阵m
con,2
ⅹ
12
如下定义：
[0072][0073]
其中m
con,2
ⅹ
12
的行标为被测要素的拟合导出要素adf1和adf2，列标为零件的实际组成要素aif1, aif2,
ꢀ…
, aif
12
；元素值“0”表示无约束关系，元素值“1”表示有约束关系。
[0074]
步骤4结束后进行步骤5。
[0075]
步骤5：根据构造的矩阵m
gts,2
ⅹ3，运用owl断言公式构建表示零件无基准几何公差规范信息的断言公式集a
gts
：
[0076] agts={part(p1), gts(gts
l
), gts(gts2), has_gts(p1, gts
l
), has_gts(p1,
[0077]
gts(gts2)), tolerancedfeature (tsl(aif1)), tolerancedfeature(tpl(aif6)),
[0078]
tolerancetype(roundness), tolerancetype(cylindricity),
[0079]
tolerancevalue(tv1), tolerancevalue(tv2)}
[0080]
步骤5结束后进行步骤6。
[0081]
步骤6：根据构造的矩阵m
con,k
ⅹn，运用owl断言公式构建表示拟合导出要素与实际组成要素约束关系的断言公式集a
con
。
[0082] acon={cylindrical(aif1), planar(aif2), cylindrical(aif3), cylindrical(aif4),
[0083]
cylindrical(aif5), cylindrical(aif6), cylindrical(aif7), cylindrical(aif8),
[0084]
planar(aif9), planar(aif
10
), planar(aif
11
), planar(aif
12
),
[0085]
has_con(tsl(aif1), cylindrical(aif1)),
[0086]
has_con(tpl(aif6), cylindrical(aif6))}
[0087]
步骤6结束后进行步骤7。
[0088]
步骤7：使用prot
égé
软件构建无基准几何误差提取方案本体，构建具体过程同上。
[0089]
步骤7结束后进行步骤8。
[0090]
步骤8：采用语义网规则语言(semantic web rule language, swrl)定义无基准几何误差提取方案的生成规则，具体规则同上。
[0091]
步骤8结束后进行步骤9。
[0092]
步骤9：以a
gts
和a
con
中的owl断言作为输入，应用swrl规则在jess推理机中进行推理，获取可选提取方案如下(es表示提取方案)：
[0093]
es(gts1,cylindrical(aif1))={birdcage, orthogonal, point, generatrix,
[0094]
circumference, helix}；
[0095]
es(gts2,cylindrical(aif6))={birdcage, orthogonal, point, generatrix,
[0096]
circumference, helix}。
[0097]
步骤9结束后进行步骤10。
[0098]
步骤10：根据零件的具体几何公差类型，从可选提取方案中确定最终的提取方案，如下：
[0099]
es(gts1,cylindrical(aif1))={circumference}；
[00100]
es(gts2,cylindrical(aif6))={orthogonal}。