光学接触靶测量高温大型锻件关键技术的研究

论文摘要

高温大型自由锻件的尺寸是部件生产过程中必须及时检测的一项指标,它直接关系到工件的质量和后期产品的在线加工。在分析、总结国内外对大锻件尺寸测量技术的基础上,提出一种新的测量方案:光学接触靶柔性坐标测量系统。此系统中最重要也是将来必须自行设计的部分就是光学接触靶。由于高温测量环境的特殊性,必须考虑到环境温度场可能对光学接触靶造成的影响;在光学接触靶的设计中,必须首先在理论上对其各关键部分进行确定;对于加工材料的选择也同样需要仔细斟酌等。这些都是关系着测量系统本身是否可用以及最终测量精度高低的关键所在。本论文对其中一部分关键技术做了初步研究。本论文的主要工作有:1、概述了国内外大型自由锻件在线测量技术的发展现状,阐述了本测量方案的两个理论依据,介绍了本测量系统的工作原理及测量系统的数学模型。2、分析了热传递过程对测量环境及本测量系统中关键部件的影响,并提出了相关的解决方案。包括热传导、热对流对锻件周围环境温度场的影响及应对热辐射的方法和措施等。3、通过对测量过程中光学接触靶工作特点的具体分析,综合比较三种典型高温结构材料的性能,选出适合测量棒与接触单元工作的材料。4、对接触单元在球面分布的均匀性进行了研究,包括对评价均匀性指标的选取、三种球面离散网格模型均匀性的对比以及归纳了影响均匀性的因素等,从而得到接触单元的最佳分布模型。从自身温度、环境温度及系统误差等方面确定了两个光学靶在测量棒上的具体位置。5、完成了瞬态分析验证性实验、热辐射对瓷棒表面温度的影响实验、防辐射材料性能实验及非均匀温度场对激光的影响实验等,通过实验有利地证明了测量方案的可行性及材料、分析方法选择的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外的研究状况
• 1.2.1 国内的研究发展状况
• 1.2.2 国外的研究发展状况
• 1.3 本课题研究内容
• 第二章 基本原理与系统构成
• 2.1 激光跟踪测量系统
• 2.1.1 多路激光跟踪干涉柔性坐标测量系统
• 2.1.2 激光跟踪仪
• 2.2 光笔式视觉柔性三维坐标测量系统
• 2.3 测量系统的具体理论模型
• 2.3.1 测量系统的理论基础
• 2.3.2 测量系统的总体构成
• 2.3.3 测量系统的基本原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 热传递对测量环境及系统的影响
• 3.1 热传导对测量环境及测量系统的影响
• 3.1.1 热传导的基本原理
• 3.1.2 锻件与环境间的热传导方式
• 3.1.3 基于稳态分析锻件周围温度场
• 3.1.4 基于瞬态分析锻件周围温度场
• 3.2 热对流对锻件周围环境的影响
• 3.2.1 热对流的基本原理
• 3.2.2 锻件与其周围环境间的温度边界层及对流换热方式
• 3.2.3 针对本测量系统进行假设计算
• 3.3 针对热辐射的防护方法及措施
• 3.3.1 热辐射的基本原理
• 3.3.2 测量棒及光学靶的防护
• 3.4 本章小结
• 第四章 光学接触靶关键部件材料的性能分析
• 4.1 测量棒与接触单元对材料的要求
• 4.2 关键部件的预备材料
• 4.2.1 高温合金
• 4.2.2 高温结构陶瓷
• 4.2.3 碳/碳复合材料
• 4.3 测量棒与接触单元材料的最终确定
• 4.4 本章小结
• 第五章 光学接触靶关键部分的确定
• 5.1 接触单元位置的数学表述
• 5.2 接触系统的分布模型
• 5.2.1 典型的球面网格模型
• 5.2.2 接触单元分布均匀性的评价指标的选取
• 5.2.3 球面网格模型的均匀性对比
• 5.2.4 接触单元分布模型的选定
• 5.3 光学靶B位置的确定
• 5.3.1 系统误差对光学靶B位置的影响
• 5.3.2 周围空气温度场对光学靶B位置的影响
• 5.4 光学靶A位置的确定
• 5.4.1 系统误差对光学靶A位置的影响
• 5.4.2 测量棒自身温度场对光学靶位置的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 实验
• 6.1 验证瞬态热传导分析的正确性
• 6.2 针对热辐射的防护措施
• 6.2.1 热辐射对瓷棒表面温度的影响实验
• 6.2.2 反辐射隔热涂料可行性实验
• 6.2.3 高温隔热保温涂料可行性实验
• 6.3 非均匀温度场对激光干涉的影响实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢