触针轮廓仪传感器校准及误差补偿

摘要

随着先进制造技术的发展，特别是表面加工技术的不断提高，大量具有高精度表面的机械零件不断出现，对零件进行高精度、大范围轮廓测量的需求也越发迫切。触针式轮廓仪凭借测量范围大、稳定性高、对环境要求低等诸多优点在表面轮廓测量领域被广泛使用。研究表明，触针式轮廓仪的测量精度主要受到传感器非线性误差、针尖磨损、导轨误差等因素影响，本文围绕传感器的校准和误差补偿展开研究，主要工作如下：
　　1）对触针式轮廓仪传感器非线性误差及校准方法进行研究，以标准球为标准件在轮廓仪上实施测量，利用最小二乘法将得到的测量轮廓向真实轮廓修正，得到传感器的校准函数，实现对触针轮廓仪传感器的校准。
　　2）对针尖磨损给轮廓测量带来的影响进行分析，研究了针心轨迹、针尖轮廓、被测轮廓三者之间的关系，并在此基础上研究了针尖截面轮廓不为圆情况下被测轮廓重建算法；最后研究了针尖轮廓重建算法。这两个算法完整解决了针尖磨损后被测轮廓的重建问题。
　　3）对导轨直线度误差和安装误差对轮廓测量带来的影响进行研究，重点研究了y向工作台安装误差的补偿方法，通过对标准球进行三维轮廓测量，得到工作台在移动过程中在x和z两个方向的偏移量，将该偏移量补偿到后续三维轮廓测量可有效地提高三维轮廓测量精度。
　　4）将上述算法应用于触针式轮廓仪的软件系统并进行测试实验，得到良好的实验结果。

目录

声明

1绪论

1.1课题来源

1.2课题目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

2传感器非线性误差分析及校准

2.1触针式轮廓仪测量原理

2.2大范围轮廓测量非线性误差分析

2.3校准算法原理

2.4校准算法仿真测试

2.5校准算法实验测试

2.6本章小结

3针尖磨损影响分析及误差补偿

3.1针尖磨损对轮廓测量的影响

3.2被测轮廓重建算法

3.3针尖轮廓重建算法

3.4针尖轮廓重建算法仿真测试

3.5本章小结

4导轨误差影响分析及误差补偿

4.1 χ向导轨直线度误差补偿

4.2 γ 向工作台安装误差对轮廓测量的影响

4.3补偿算法原理

4.4补偿算法仿真测试

4.5补偿算法实验测试

4.6本章小结

5软件系统设计及实验

5.1软件系统框架设计及界面

5.2软件系统实现方法

5.3实验测试

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间成果