复合材料薄壁回转体锥度在机测量系统的研究

论文摘要

复合材料零件在工业领域应用日益广泛，特别是在航空航天、汽车工业等制造领域。针对飞行器头锥这类大型复合材料薄壁回转体零件，研制并开发了复合材料薄壁回转体在机测量系统。解决了这类零件必须依赖专用测量设备测量其锥度的难题。系统地阐述了测量系统原理，总体方案的设计及回转体零件锥度在机测量系统的重要组件。设计构建了以工业计算机（IPC）和通用工业接口卡为核心的硬件平台。根据系统的主要功能和辅助功能要求，规划设计软件总体布局和功能模块的组织层次。以VC++ 6.0为编程语言，开发了软件系统。软件系统功能包括点动测量、自动数据采集存储功能、数据的自动处理功能、误差补偿及可视化输出功能等。系统运行稳定，人机界面友好，智能化程度高，满足复合材料薄壁回转体在机测量的要求，在很大程度上提高了系统的柔性与自动化程度。详细地阐述了该系统的测量方法与数据处理方案，以系统的要求与机床本身的工作特点为依据，选择有效的解决方案，提出了保持工件静止状态，分别测量多条母线，以最小二乘法评定拟合母线平面方程，多条母线锥度求均值得到工件锥度的测量方案。深入分析探讨了测量中可能产生的误差，包括导轨直线度误差、导轨扭曲误差、光栅尺误差等等。并利用软件补偿、人为控制、以及激光干涉仪法补偿了系统的测量误差。复合材料薄壁回转体锥度在机测量系统已成功应用于实践，并在实际测量中取得了令人满意的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 测量技术的研究概况及发展趋势
• 1.2.2 在线检测技术的研究概况及发展趋势
• 1.3 课题完成的主要工作
• 2 测量系统原理及系统总体方案构建
• 2.1 回转体零件锥度在机测量系统的重要组件
• 2.1.1 数控车床
• 2.1.2 光栅尺传感器
• 2.1.3 长度计
• 2.1.4 长度计夹紧机构
• 2.2 薄壁回转体锥度在机测量原理
• 2.2.1 锥度的定义及锥角测量方法
• 2.2.2 锥度测量方法概述
• 2.2.3 锥形工件在线测量方法
• 2.2.4 薄壁回转体在机测量方法
• 2.3 系统总体构建方案
• 2.4 小结
• 3 控件系统硬件的构建
• 3.1 概述
• 3.2 控制系统硬件组成及实现原理
• 3.2.1 硬件控制系统
• 3.2.2 工业控制计算机IPC
• 3.2.3 PCL-833正交编码和计数板卡
• 3.2.4 PCL-725数据采集卡
• 3.2.5 西门子810D控制系统
• 3.2.6 IBV606分配器
• 3.3 小结
• 4 软件部分的设计
• 4.1 软件操作平台
• 4.1.1 操作平台的选择
• 4.1.2 面向对象的程序设计的特点和优点
• 4.2 交互式管理层人机界面的设计
• 4.2.1 人机界面的设计原则
• 4.2.2 主要区域功能化简介
• 4.3 硬件接口程序的实现
• 4.4 小结
• 5 数据处理分析
• 5.1 圆锥面和圆柱面锥形度的最小二乘评定法
• 5.1.1 最小二乘圆锥轴线的确定
• 5.1.2 最小二乘圆锥的锥度及半径
• 5.1.3 锥形度的计算
• 5.2 回转体锥度在机测量系统的最小二乘法评定
• 5.2.1 最小二乘评定法的选择依据
• 5.2.2 数据处理
• 5.3 小结
• 6 误差分析与误差补偿
• 6.1 概述
• 6.2 在机测量误差分析
• 6.3 机床导轨误差对机械测量的影响
• 6.3.1 车床导轨在水平面内的直线度误差
• 6.3.2 车床导轨在垂直面内的直线度误差
• 6.3.3 车床前后导轨在垂直面内平行度（扭曲度）误差
• 6.3.4 导轨直线度误差的测量与评定
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 复合材料薄壁回转体实物照片
• 附录B 激光干涉仪检测车床导轨扭曲度误差
• 附录C 激光干涉仪检测车床导轨扭曲度误差
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢