三坐标测量机误差分析及效率的提高

论文摘要

与传统的接触式三坐标测量机相比,非接触式测量分辨率高、测量范围较大；能够实现零接触测量,没有测量力和摩擦,可方便地测量软质和易变形物体表面；测量速度快、采样频率高,形成“点云”数据；从根本上解决了接触式测量所产生的各种缺陷。实验室原有的非接触式三坐标激光测量仪由于结构原因,只能对回转体进行测量。在将其结构改进之后,本论文以改进后的三坐标测量仪为研究对象。主要研究内容包括以下几个方面：（1）根据测量仪采用点云和基于曲线的模型重建两种测量模式,给出了已知数学模型及未知数学模型的建模方式,并详细阐述了点云数据的处理方式及过程。（2）详细介绍了步进电机驱动控制原理、激光测头的工作原理。（3）针对非接触激光三角测头式三坐标测量系统进行误差分析,其系统误差主要来源为系统的几何误差,主要包括X、Z轴滚珠丝杠的传动误差、从Z轴倾角误差。采用软件补偿法对三坐标测量系统的系统误差进行补偿,分别对三坐标测量系统的各单项误差建立误差补偿数学模型,编写误差补偿软件进行补偿。依照原有测量软件,补偿软件采用Visual C++6.0编写,经过测试运行正常。（4）从测头和测头方向的选择、测量点数目及其位置的确定、检测路径的规划、碰撞检查和碰撞规避问题等几个方面对自动检测做了研究,从而提高测量效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 三坐标测量机的发展概况、现状
• 1.3 三坐标测量机系统误差补偿和效率提高的发展趋势
• 1.3.1 三坐标测量机发展趋势
• 1.3.2 系统误差补偿和效率提高的发展趋势
• 1.4 课题的来源及主要工作
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第2章 曲线曲面模型建立
• 2.1 概述
• 2.2 点云数据的处理及模型重建
• 2.2.1 点云数据的预处理
• 2.2.2 点云数据的模型重建
• 2.3 基于曲线的模型重建
• 2.3.1 直线的最小二乘解建模
• 2.3.2 圆的建模
• 2.3.3 平面
• 2.3.4 自由曲线建模
• 第3章 实验台硬件系统分析
• 3.1 机械结构设计
• 3.2 控制系统的硬件设计
• 3.2.1 激光三角测头基本结构
• 3.2.2 激光三角测头测量原理
• 3.2.3 步进电机及驱动器性能介绍
• 3.3 四轴运动控制
• 3.3.1 步进电机速度控制
• 3.3.2 激光测头的位置控制
• 3.3.3 激光测头的制动控制
• 3.4 数据采集控制
• 第4章 测量系统误差分析和补偿
• 4.1 三坐标测量系统误差分析
• 4.1.1 X、Z轴滚珠丝杠误差分析
• 4.1.2 角运动误差的检测
• 4.1.3 旋转轴回转误差的检测
• 4.1.4 激光测头对的精度因素及补偿方法
• 4.2 X、、Z轴滚珠丝杠误差补偿
• 4.3 X、Z轴滚珠丝杠误差补偿程序
• 4.4 角运动误差的补偿
• 4.5 倾角误差的补偿程序
• 第5章 测量机检测规划问题和效率提高
• 5.1 测头和测头方向选择
• 5.2 测量点数的确定及其分布
• 5.3 检测路径的规划和扫描效率的提高
• 5.3.1 周向扫描
• 5.3.2 面扫描
• 5.3.3 边界扫描
• 5.4 碰撞检查及碰撞
• 第6章 测量实例分析
• 6.1 非回转体测量
• 6.2 回转体误差的补偿
• 6.3 凸轮的测量
• 6.4 模具的扫描和测量
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录