螺杆转子型线检测技术研究

论文摘要

螺杆压缩机广泛应用于空气动力、工业制冷、中央空调和工艺流程等各种场合,双螺杆压缩机的核心部件是一对相互啮合的转子,其型线直接决定产品的性能,我国在转子型线的研究上与世界先进水平还有一定差距,因此研究螺杆转子的型线检测技术及转子的模型重构技术具有重要的理论意义和现实指导作用。本文主要在螺杆转子的数学模型、检测技术、工件坐标系的建立、数字化测量以及模型重构等问题上进行了研究和探讨。首先研究了螺杆转子的数学模型,提出了已知CAD模型的螺杆转子检测方法,优化了螺杆转子测量路径,提高了检测效率。然后研究了转子检测的定位方式,分析了定位误差产生的主要因素并给出了解决方法,提出了基于误差补偿技术的工件坐标系建立方法,优化了基准元素的测量路径,提高了坐标系建立的效率。然后研究了未知CAD模型的螺杆转子数字化测量技术,分别采用激光扫描仪和三坐标测量机(CMM)对螺杆转子进行了初步测量,研究了点云预处理和数据对齐技术,在研究了转子型线CMM测量的补偿误差后,提出了基于CMM的迭代测量法,运用计算机技术编写了型线数据变换程序,实现了螺杆转子的精密数字化测量。最后通过模型重构技术的研究,提出了测量数据的后续处理方法,并给出了转子型线拟合误差的评价方法,建立了螺杆转子重构的误差模型,研究了重构曲面的品质评价技术,在上述关键技术的支持下,实现了螺杆转子的模型重构。通过本文研究,为螺杆压缩机生产企业提供了有效的检测技术和参考数据,实现了先进型线的逆向检测,缩短了螺杆转子的开发周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 螺杆压缩机与转子型线
• 1.2.1 螺杆压缩机
• 1.2.2 螺杆转子的型线
• 1.3 轮廓测量技术的研究现状
• 1.3.1 轮廓测量技术
• 1.3.2 螺杆转子检测技术
• 1.4 本文选题意义及主要内容
• 1.4.1 课题来源与研究对象
• 1.4.2 选题意义
• 1.4.3 论文的主要研究内容
• 第二章 螺杆转子的检测与数学模型
• 2.1 螺杆转子的数学模型
• 2.1.1 螺旋曲面的数学表达
• 2.1.2 螺杆转子几何参数间关系
• 2.2 螺杆转子的检测技术基础
• 2.2.1 螺杆转子检测技术的应用现状
• 2.2.2 螺杆转子的检测方式
• 2.3 螺杆转子检测中的问题
• 2.3.1 三坐标测量机的半径补偿
• 2.3.2 螺杆转子的特征检测
• 2.4 已知CAD 模型的螺杆转子检测
• 2.4.1 检测的前期准备
• 2.4.2 基于自由曲面的转子检测
• 2.4.3 基于转子型线特征的检测
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于误差补偿理论的坐标系建立方法研究
• 3.1 螺杆转子的定位
• 3.1.1 转子的定位方式
• 3.1.2 立式定位的误差分析
• 3.2 坐标系建立的基本原理和方法
• 3.2.1 建立工件坐标系的前期要素
• 3.2.2 坐标系建立的常用方法
• 3.3 基于误差补偿原理的转子坐标系建立
• 3.3.1 基准元素的确定
• 3.3.2 坐标系建立中的误差及补偿方法
• 3.3.3 转子坐标系的建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 未知CAD 模型的螺杆转子数字化测量
• 4.1 基于激光测量技术的数字化方法
• 4.1.1 激光扫描仪的工作原理
• 4.1.2 螺杆转子的测量规划
• 4.1.3 点云的数据预处理
• 4.1.4 数据对齐
• 4.1.5 转子特征线的提取
• 4.1.6 误差分析
• 4.2 基于三坐标测量机的测量方法
• 4.2.1 测头的选择与校准
• 4.2.2 测量路径规划与端面型线的测量
• 4.2.3 螺旋线的提取
• 4.3 测量数据的预处理技术
• 4.3.1 异常点（误差点）的剔除
• 4.3.2 数据插补
• 4.4 型线测量的补偿误差
• 4.4.1 测量数据的补偿误差分析
• 4.4.2 二维矢量测量的理论误差
• 4.4.3 型线测量的半径补偿方法
• 4.5 基于CMM 的迭代测量法
• 4.5.1 测量路径的二次规划
• 4.5.2 数据变换及编程实现
• 4.5.3 误差评价
• 4.6 本章小结
• 第五章 螺杆转子的模型重构与评价
• 5.1 模型重构技术概述
• 5.1.1 模型重构技术的分类
• 5.1.2 曲线拟合造型
• 5.1.3 转子型线的拟合方法
• 5.2 螺杆转子的模型重构
• 5.2.1 数据插补的后续处理
• 5.2.2 测量数据平滑处理
• 5.2.3 转子型线的NURBS 拟合
• 5.3 模型重构中的误差
• 5.3.1 螺杆转子的误差模型
• 5.3.2 曲面重构的误差评定方法
• 5.4 模型重构品质的检查
• 5.4.1 转子型线评价
• 5.4.2 曲面品质的评价
• 5.4.3 样品试制与改进
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作与成果
• 6.2 后续工作与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文