三坐标测量机的测量极值分析与路径设计

论文摘要

作为近30年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器,三坐标测量机已广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相对位置的测量和检测。而实现这一工程中的一个必要步骤是进行零件表面三维数据的采集。在对零部件的三维坐标采集过程中,测量路径的合理与否关系到测量精度、测量效率和测量结果等许多因素。本文结合国内外研究现状,介绍了应用三坐标机进行测量时,几种常见的测量方法及测量路径,及路径的选择方法和原则,并讨论了测量数据的坐标系变换。本文研究内容包括以下几个方面：1、本文针对非接触激光三角测头式三坐标测量机系统进行误差分析,其系统误差主要来源为系统的几何误差,并通过坐标变换解决了由于加工、安装不完善产生的倾角误差。2、为了使该三坐标测量机在测量过程中可以连续的、自然的进行扫描测量,本文在激光测头测量速度方面进行了研究,提出了最大扫描速度的计算方法；并在控制方面,本文给出了扫描速度和跟动速度动态调整的控制原理以及实现方案。3、通过分析曲面测量方法,详细设计了三坐标测量机扫描软件的路径控制模块,包括针对不同外形特征的零件做不同的扫描整体规划及扫描路径设计。最后,总结本论文研究工作的主要结论,并对后续值得深入研究的工作进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 三坐标测量机的发展概况
• 1.2 国内外三坐标测量机测量路径的研究
• 1.2.1 测点间距的分配
• 1.2.2 测量路径的规划
• 1.3 课题来源及主要工作
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要工作
• 第2章 测量模型的建立及采样密度的确定
• 2.1 概述
• 2.2 坐标系变换
• 2.3 已知数学模型的曲线建模
• 2.3.1 曲线插值与逼近拟合
• 2.3.2 B样条曲线模型
• 2.4 采样密度的确定
• 第3章 试验台现状分析
• 3.1 现有试验台特点
• 3.1.1 系统结构设计特点
• 3.1.2 系统运动控制特点
• 3.2 原有试验台存在技术问题及解决方案
• 3.2.1 原有机械结构存在的问题及解决方法
• 3.2.1.1 X、Y、Z轴方向倾斜角
• 3.2.1.2 系统倾角误差补偿
• 3.2.2 原有控制系统存在的问题及解决方案
• 3.2.2.1 扫描过程中测头运动的制动控制
• 3.2.2.2 测头扫描速度的控制
• 第4章 三坐标测量机的测量极值分析
• 4.1 被测表面倾斜对传感器精度的影响
• 4.1.1 光轴平面切向倾斜对测量的影响
• 4.1.2 光轴平面法向倾斜对测量的影响
• 4.2 被测表面特征对测量速度的影响
• 4.2.1 激光测头扫描速度极值的确定
• 4.2.2 激光测头测量速度的调整
• 4.2.2.1 扫描速度动态调整
• 4.2.2.2 跟动速度动态调整
• 第5章 测量路径的设计
• 5.1 测量坐标系的选择
• 5.1.1 回转体零部件坐标系的确定
• 5.1.2 非回转体零部件坐标系的确定
• 5.2 被测点坐标求解
• 5.2.1 回转体零部件被测点坐标求解
• 5.2.2 非回转体被测点坐标求解
• 5.3 扫描路径的确定
• 5.3.1 三坐标测量机测量路径选择原则
• 5.3.2 测量路径规划策略
• 5.3.3 测量过程规划
• 5.4 扫描路径设计及程序化
• 5.4.1 三坐标测量机测量的常用几种路径
• 5.4.2 周向扫描
• 5.4.3 面扫描
• 5.4.4 边界扫描
• 第6章 模具的测量路径分析
• 6.1 被测零部件简介
• 6.2 扫描测量过程
• 6.3 测量结果
• 第7章 结论与展望
• 7.1 论文结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢