完整成像法微型零件轮廓自动测量与评定技术研究

论文摘要

高精度和智能化是当今测量仪器领域的重要发展方向,对零件的检测手段、检测效率和检测精度都提出了更高的要求。轮廓度误差是零件形位公差国家标准和国际标准中应用广泛而又难于测量和评定的项目。在微型零件检测领域,已有的测量和评定方法因效率或精度不够,难以满足微型零件轮廓度的高精度在线检测。本文针对当前微型零件检测现状,提出基于完整成像法的轮廓度测量与评定方法,研究并解决了复杂曲线轮廓度评定中几个关键问题,包括被测零件数字理论轮廓建模、被测轮廓预定位调整、被测轮廓偏差值和偏差方向的确定以及符合形状误差定义的轮廓度误差评定模型的建立,完成测量系统的软件设计和各功能模块的实现,为实现微小型零件高精度、自动化测量探索了一条新的通道。主要工作内容如下:1.提出基于DXF文件的零误差数字理论轮廓建模方法,实现了DXF文件实体要素提取与存储,理论轮廓回路搜索与扫描,建立被测零件零误差数字理论轮廓模型。简便的DXF文件设计规则是本文创新点之一。2.研究了被测轮廓与理论轮廓位姿调整方法,针对不同零件分别采用综合特征点或惯量椭圆实现预定位。3.提出了扩展极角定界搜索与点到曲线距离快速确定轮廓偏差值方法,同时给出了被测点偏差方向的确定方法,是本文的又一创新点。4.构建符合轮廓度定义的最小极偏差轮廓度评定模型,采用逐次逼近的方法实现满足最小条件的线轮廓度评定。5.完成了测量系统软件设计和各个功能模块的实现,并以图形化的方式给出测结果。实验验证了测量系统的效率和精度,完全可以满足微型零件快速轮廓度检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 影像测量技术的国内外发展现状
• 1.3 轮廓度评定的国内外研究现状
• 1.4 课题的研究目的和意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题的研究目的和意义
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第二章 数字理论轮廓建模
• 2.1 DXF 文件格式
• 2.2 DXF 文件设计规则
• 2.3 DXF 文件数据读取与存储
• 2.3.1 实体集的建立
• 2.3.2 实体元素的读取
• 2.4 轮廓回路搜索与建模
• 2.4.1 轮廓回路搜索
• 2.4.2 扫描离散轮廓回路
• 2.4.3 理论轮廓模型数据结构
• 第三章 轮廓度误差测量与评定
• 3.1 轮廓度定义及常用测量方法
• 3.1.1 线轮廓度定义
• 3.1.2 线轮廓度常用测量方法
• 3.1.3 基于图像的复杂零件轮廓度测量与评定方法
• 3.2 被测轮廓预定位
• 3.2.1 综合特征点预定位
• 3.2.2 惯量椭圆预定位
• 3.2.3 预定位变换
• 3.3 被测点轮廓偏差计算
• 3.3.1 扩展极角定界
• 3.3.2 被测点偏差值确定
• 3.3.3 被测点偏差方向确定
• 3.4 轮廓度误差评定
• 3.4.1 最小条件原则
• 3.4.2 最小二乘评定模型
• 3.4.3 最小极偏差评定模型
• 3.4.4 逐次逼近评定
• 3.5 优化算法的选择
• 3.5.1 非线性优化问题
• 3.5.2 Gauss-Newton 法求解最小二乘优化问题
• 3.5.3 单纯形法求解最小极偏差优化问题
• 第四章 轮廓度测量与评定的软件实现
• 4.1 软件系统的总体设计
• 4.1.1 系统的性能与功能要求
• 4.1.2 开发环境的确定
• 4.1.3 软件系统总体结构及界面设计
• 4.2 图像采集模块
• 4.3 DXF 接口模块
• 4.3.1 理论轮廓显示
• 4.3.2 公差带显示
• 4.3.3 理论轮廓信息提取
• 4.4 测量评定模块
• 第五章 实验分析与验证
• 5.1 实验条件
• 5.2 理论点搜索效率实验
• 5.3 轮廓度误差评定比对实验
• 5.3.1 定挡簧
• 5.3.2 上条轮
• 5.3.3 离合杆
• 5.3.4 比对分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢