阵列基座平面度测量系统关键技术研究

论文摘要

平面度是基本的形位公差项目之一,其测量与评定无论是对有平面度公差要求的工件平面合格性的判定,还是对提高平面的加工精度都有着极其重要的意义。在船舶的制造和生产过程中,船体基座平面度直接影响船舶的建造质量。船体基座及其附件表面形状复杂,有矩形、圆形、环形等单一平面；多个离散平面组合的阵列基座平面；几何尺寸达几十米的超大平面。目前,市场上已经开发出了平面度误差检测系统,这些检测系统只适用于单个平面的平面度测量,无法测量超大平面平面度,更无法用于多个分离平面组合的阵列基座平面度测量。本文结合实际生产的需要,以数据拼接和误差分离技术为理论基础,基于最小条件准则的评定算法,研究并开发一套阵列基座平面度检测系统。论文给出了阵列基座平面度测量系统的整体设计方案,包括平面度误差值的测量和评定两部分。测量部分包括激光扫描测量分系统和多传感器在线平面度测量分系统：对于超大平面和阵列基座,分区测量后采用三点式数据拼接法实现多个分离平面的拼接,使得所有测量数据偏离同一基准平面；在线测量采用多测头传感器法,按照一定布置和走线路径对被测平面进行测量,通过误差分离,将导轨运动副误差和表面误差分离出去,得到实际形状误差。评定部分基于最小条件准则的算法,在VC++下利用MFC类库开发评定软件,并利用OpenGL可视化测量结果,方便用户观察基座表面的实际情况。经过模拟和现场实验表明：该系统测量精度和性能基本满足要求,达到了预期效果,得到用户的认可,为后续工作的开展奠定了技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及来源
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 平面度基本理论
• 2.1 平面度误差的定义及测量方法
• 2.1.1 平面度误差的定义
• 2.1.2 平面度误差的测量方法
• 2.2 平面度误差的评定方法
• 2.2.1 对角线法
• 2.2.2 三远点法
• 2.2.3 最小二乘法
• 2.2.4 最小条件判别法
• 2.3 基于最小条件准则的计算机精确算法
• 2.3.1 对各采样点的偏差值分区排序
• 2.3.2 初始评定平面、评定直线、评定点的选择
• 2.3.3 判别准则的初步判别
• 2.3.4 评定原理及方法
• 第3章 测量系统硬件设计
• 3.1 检测系统的硬件概述
• 3.1.1 激光扫描平面度测量分系统
• 3.1.2 在线平面度测量分系统
• 3.2 测量平面度误差的布点
• 3.2.1 矩形布点
• 3.2.2 圆（环）形布点
• 3.2.3 阵列基座布点
• 3.3 平面度误差的测量方法
• 3.3.1 离线平面度测量
• 3.3.2 在线平面度测量
• 3.4 阵列基座平面度的测量方法
• 3.4.1 "三点法"数据拼接原理
• 3.4.2 拼接过程
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 系统软件设计框架
• 4.2 基于最小条件准则的评估算法实现
• 4.2.1 算法程序框架
• 4.2.2 算法评定程序流程图
• 4.3 数据处理的软件实现
• 4.3.1 Visual C++系统概述
• 4.3.2 单一图形
• 4.3.3 组合图形
• 4.3.4 在线平面度误差测量
• 4.4 基于OpenGL的三维数据显示
• 4.4.1 OpenGL概述
• 4.4.2 VC++中利用MFC进行OpenGL编程
• 4.4.3 OpenGL可视化评定结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实验测试及其分析
• 5.1 测量系统实验室测试
• 5.2 测量误差分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历