基于机器人的叶轮数控加工在线检测技术研究

论文摘要

随着计算机、微电子和自动化技术高速发展,制造加工技术已经成为工业现代化的重要衡量指标,在国民经济中扮演着举足轻重的作用,在线检测技术正是其中重要的一项,其在工业检测、逆向工程等领域占有重要地位。目前,国内外很多学者都把目光投向了复杂工件的在线检测,本文以此为背景,以整体式叶轮为在线检测对象,在数据配准、测头“手眼”标定、半径补偿和路径规划等方面进行了研究。首先研究了叶轮CAD模型与实物数据配准问题。目前,很多数据配准算法都是基于图像匹配,图像匹配对二维场景的匹配效果较好,但对于三维场景的匹配就显得有些不适用,对此,提出了一种关于系统辨识的数据配准算法,并给出了配准精度。介绍了一种新的测头“手眼”标定方法。机械臂进行检测时读取的是测头球心的位置,所以必须标定球心与机械臂法兰坐标系的旋转和平移关系。本文采用的是Renishaw接触式测头作为传感器,所有检测的数值都是球心所在位置,必须对测头进行半径补偿,论文从未知曲面和已知曲面两方面分析了测头补偿的方法。路径规划是在线检测系统设计的重要组成部分,本设计的检测对象是叶轮这种结构比较复杂的工件,因此,本系统的路径规划也就相对比较复杂,包括路径控制点的设置,测头姿态自适应选取,机械臂姿态调整,具体路径规划和路径的优化等。本文还分析了在线检测系统各个环节的误差。分析了CAD模型与实物数据配准误差,以及测头“手眼”标定误差。通过叶轮检测实例,系统分析了可能的误差因素,给出了检测系统的整体误差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 叶轮概述
• 1.1.2 在线检测技术的发展
• 1.1.3 CAD技术的发展
• 1.1.4 在线检测技术、CAD技术与叶轮检测的有机结合
• 1.2 叶轮加工检测现状
• 1.2.1 叶轮加工方式
• 1.2.2 叶轮检测方式
• 1.2.3 叶轮加工与检测的集成
• 1.3 论文的主要工作及内容安排
• 1.4 本章小结
• 第2章 数控加工过程在线检测实验平台
• 2.1 六自由度机器人模拟五轴数控加工中心
• 2.2 检测系统的硬件结构
• 2.2.1 系统设计及原理
• 2.2.2 系统硬件结构
• 2.3 检测系统的软件结构
• 2.4 检测系统的整体结构
• 2.5 检测系统的功能特点
• 2.6 本章小结
• 第3章 叶轮CAD模型与实物的数据匹配
• 3.1 空间几何变换理论基础
• 3.1.1 齐次坐标
• 3.1.2 欧氏变换
• 3.2 机器人运动学
• 3.2.1 机器人空间位姿
• 3.2.2 机器人运动方程的表示
• 3.2.3 机器人坐标系变换
• 3.3 CAD模型与实物数据的配准
• 3.3.1 配准理论基础
• 3.3.2 工具坐标系标定
• 3.3.3 数据配准原理
• 3.3.4 配准步骤及结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 测头“手眼”标定和半径补偿
• 4.1 测头“手眼”标定
• 4.1.1 测头“手眼”标定原理
• BT_U'>4.1.2 求解^BT_U
• ET_T'>4.1.3 求解^ET_T
• 4.2 测头半径补偿
• 4.2.1 自由曲面测头半径补偿
• 4.2.2 已知曲面测头半径补偿
• 4.3 本章小结
• 第5章 检测路径规划
• 5.1 检测路径规划的参数
• 5.1.1 位置参数
• 5.1.2 距离参数
• 5.1.3 速度参数
• 5.2 检测姿态
• 5.2.1 测头姿态
• 5.2.2 机械臂姿态
• 5.3 路径规划
• 5.3.1 测点多序
• 5.3.2 姿态自适应选取
• 5.3.3 路径自动生成
• 5.4 路径优化
• 5.4.1 路程优化
• 5.4.2 姿态优化
• 5.5 软件流程结构
• 5.6 本章小结
• 第6章 实验结果及误差分析
• 6.1 叶轮CAD模型与实物配准误差
• 6.1.1 配准结果
• 6.1.2 配准误差
• 6.2 测头“手眼”标定误差
• 6.2.1 “手眼”标定结果
• 6.2.2 “手眼”标定误差
• 6.3 叶轮在线检测实例
• 6.3.1 叶轮在线检测步骤
• 6.3.2 叶轮在线检测误差
• 6.3.3 叶轮在线检测误差分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历