螺纹多参数的非接触检测技术研究

论文摘要

通过分析螺纹参数的定义、分类及相互作用关系,明确对螺纹实际使用有重要影响的关键参数及检测重点是螺纹中径、牙型半角及螺距。本文在比对传统检测方式的优缺点,并借鉴现有检测设备的设计、使用思路基础上,提出以应用激光三角法的激光位移传感器作为非接触扫描测针,配以三坐标测量机的框架及转台等附件,组建检测校准装置,实现空间坐标环境内非接触检测大螺纹件的多参数的技术方案。在对激光检测的简要介绍后,通过对激光三角法的理论分析,验证可用此方法对螺纹型面进行检测。根据本项目被测件的指标,提出应用此原理的激光位移传感器的应选类型、功能及精度等技术要求,比对目前常用的相关型号,选择适应本项目的传感器型号,并对其特点进行简单介绍。同时分析了应用此传感器检测螺纹时的影响因素并提出解决办法。根据本项目的任务要求,提出以三坐标测量机框架为基体,构建以转台、激光位移传感器为主要组件的模拟检测装置,实现空间坐标环境。同时依据被测螺纹的规格、精度等条件选择合适的三坐标测量机框架、转台及控制柜等部件。在此基础上提出坐标环境中检测螺纹的工作原理、操作步骤,并对坐标系环境下检测螺纹的影响因素进行分析并提出解决办法。结合激光位移传感的扫描信号及框架转台部分的光栅信号,将螺纹的牙型轮廓扫描成基本检测数据,将此数据进行剔除粗大误差后以小波阀值法滤波去噪、按一阶回归法及插值法对有效数据进行拟合,依据拟合结果对有效数据进行合理分段、寻找特征点,按螺纹参数定义计算螺纹各参数。以现行的螺纹参数手册为标准,构建标准螺纹数据库,以此作为判定基准数据,实现螺纹的合格判定。通过对被测螺纹的模拟检测分析,将本方案实施中遇到的各种不确定度分量综合考虑,分析评定应用本方案检测螺纹中径、螺距及牙型半角时的各标准不确定度分量及结果的扩展不确定度,通过与螺纹手册的技术要求相比对,验证了本方案的检测方法能够达到预定的设计精度,并能满足实际中检测校准螺纹的技术要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 螺纹基本情况介绍
• 1.1.1 螺纹的形成
• 1.1.2 螺纹基本几何参数的定义
• 1.1.3 螺纹的分类
• 1.1.4 影响螺纹互换性的因素
• 1.2 螺纹参数的传统检测方法
• 1.2.1 综合检验
• 1.2.2 单项参数检测
• 1.3 螺纹多参数综合检测方法的探索
• 1.3.1 接触式扫描检测
• 1.3.2 非接触式扫描检测
• 1.4 本论文的选题及研究内容
• 第二章 螺纹参数的激光三角法检测原理
• 2.1 激光检测简介
• 2.1.1 激光发生器的特点及应用
• 2.1.2 激光检测的应用
• 2.2 激光三角法检测原理及应用
• 2.2.1 激光三角法测距原理
• 2.2.2 激光三角法的应用
• 2.2.3 激光位移传感器的选型
• 2.3 激光三角法检测螺纹牙型轮廓的影响因素及解决方法
• 2.3.1 被测螺纹表面质量的影响
• 2.3.2 入射角度的影响
• 2.3.3 激光发生器的影响
• 2.3.4 检测环境条件的影响
• 2.4 本章总结
• 第三章 基于虚拟坐标系的螺纹参数检测原理
• 3.1 坐标系环境的组建
• 3.1.1 模拟装置的结构
• 3.1.2 三坐标测量机框架的选择
• 3.1.3 转台的选择
• 3.2 坐标系环境下检测螺纹的方法分析
• 3.2.1 装置的工作原理
• 3.2.2 装置的检测步骤
• 3.3 坐标系环境下检测螺纹的影响因素
• 3.3.1 框架及转台的影响
• 3.3.2 安装误差的影响
• 3.3.3 环境条件的影响
• 3.4 本章总结
• 第四章 螺纹参数的判定技术
• 4.1 扫描数据的采集
• 4.1.1 激光位移传感器的数据采集
• 4.1.2 空间坐标系的数据采集
• 4.2 扫描数据的处理
• 4.2.1 扫描数据的滤波
• 4.2.2 扫描数据的拟合
• 4.2.3 扫描数据的计算
• 4.3 螺纹参数的合格判定
• 4.3.1 标准螺纹数据库的生成
• 4.3.2 螺纹参数的判定准则
• 4.4 本章总结
• 第五章 方案的不确定度分析
• 5.1 螺纹中径检测的不确定度分析
• 5.1.1 螺纹中径检测的数学模型
• 5.1.2 螺纹中径检测的影响因素及标准不确定度分量分析
• 5.1.3 螺纹中径检测的合成标准不确定度评定
• 5.1.4 螺纹中径检测的扩展不确定度评定
• 5.2 螺距检测的不确定度分析
• 5.2.1 螺距检测的数学模型
• 5.2.2 螺距检测的影响因素及标准不确定度分量分析
• 5.2.3 螺距检测的扩展不确定度评定
• 5.3 牙型半角检测的不确定度分析
• 5.3.1 牙型半角检测的数学模型
• 5.3.2 牙型半角检测的影响因素及标准不确定度分量分析
• 5.3.3 牙型半角检测误差的合成标准不确定度评定
• 5.3.4 牙型半角检测误差的扩展不确定度评定
• 5.4 本章总结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本论文研究总结
• 6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献