机械零件反求建模测控平台设计

论文摘要

结合反求工程(RE)技术、CAD技术和快速原型(RP)技术构建现代产品开发设计平台，实现机械产品数字化设计和快速设计，有着重要的现实意义和广阔的应用前景。以反求工程中的三维数字化技术和表面重建技术为基础，建立智能化的机械零件建模系统，构建产品CAD模型是本平台系统的核心。这一问题的有效解决，将为机械产品的改型、创新及快速设计提供一条有效途径；同时，对于提高设计能力，缩短设计周期，提高设计质量，起到十分关键的作用。本文研究以闭环控制理论为指导，以现代计算机技术、测控技术为基础，利用现代设计理论方法，构建满足机械零件快速反求建模的测绘系统总体结构体系，并重点研究了实现机械零件反求建模的测控平台。该测控平台以三坐标测量机原理为基础构建总体结构方案，研究实用的机械零件测绘系统装置。在传统的直角坐标系下创新设计出一种坐标轴结构对称的精密坐标测量机构。在结构设计中，采用有限元法对测量机主体关键结构部件进行分析，以保证测量机刚度要求。采用步进电机、滚珠丝杠、直线滚动导轨、直线轴承作为系统传动与支承部件，设计三坐标测量机的驱动控制系统，实现由重构图形对坐标测量机的反馈控制。论文还分析研究了光栅位移传感器测量原理及结构，对测量误差及补偿做了简要论述。系统使用光栅传感器作为位置检测元件，使用光栅数据采集卡读取测量数据，供计算机进行后置处理、模型重建和对测量机反馈控制。本文开发的试验装置已投入试生产，达到预期的设计性能，具有较好的经济性和实用价值。本研究为开发反求工程中表面数字化处理装备提供了借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 反求工程概述
• 1.2 反求工程结构体系
• 1.2.1 反求工程流程
• 1.2.2 反求工程的分类
• 1.3 反求工程的关键技术
• 1.4 反求工程研究现状与发展趋势
• 1.4.1 反求工程研究现状
• 1.4.2 反求工程发展趋势
• 1.5 选题背景及主要研究内容
• 1.5.1 选题背景及研究意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 机械零件反求测绘建模系统
• 2.1 实现零件反求的数字化技术
• 2.1.1 模型数据获取方法
• 2.1.2 CMM 在反求工程中的地位
• 2.2 三坐标测量机的历史与现状
• 2.3 三坐标测量机的系统组成与类型
• 2.3.1 三坐标测量机的分类
• 2.3.2 三坐标测量机的系统组成
• 2.4 机械零件反求建模系统总体结构
• 第3章 测控平台结构分析设计
• 3.1 主机总体要求及构型
• 3.2 基座结构与 X 向结构设计
• 3.3 门架结构设计及刚度分析
• 3.3.1 有限元分析理论
• 3.3.2 门架结构有限元分析
• 3.3.3 Y 向结构设计
• 3.4 Z 向结构设计
• 第4章 机械传动与导向机构
• 4.1 导轨的设计与选用
• 4.1.1 直线滚动导轨
• 4.1.2 直线滚动轴承
• 4.2 传动机构设计
• 4.2.1 常用传动方式
• 4.2.2 丝杠设计与选用
• 4.2.3 丝杠校核计算
• 4.3 步进电机及其驱动器设计
• 4.3.1 步进电机选型设计
• 4.3.2 步进电机驱动器
• 第5章 测量系统
• 5.1 光栅数显测量系统
• 5.1.1 光栅测量原理
• 5.1.2 光栅信号的光电记数
• 5.1.3 光栅尺结构
• 5.1.4 光栅尺安装
• 5.2 光栅细分数据采集卡
• 5.3 测头系统
• 5.3.1 测头的分类
• 5.3.2 测头的技术性能
• 5.3.3 测头选择及补偿误差
• 总结与展望
• 一、主要研究结论
• 二、后续研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文