大型螺旋桨叶片激光同步测量轨迹规划与软件开发

摘要

螺旋桨是舰船的核心部件，其制造质量的好坏直接影响舰船的隐蔽性能、稳定性能和动力性能。在螺旋桨整个加工周期中，测量占有相当大的比重，测量是加工的前提，测量的精度和效率直接影响到机械加工的精度和效率。随着高端精密仪器与装备的发展，螺旋桨测量也朝着高效高精的测量方向发展。优良的测量工艺和测量装备在提高测量效率和精度的同时，也给测量规划方法带来了挑战，同时基于测量数据的毛坯定位与加工余量的分布之间的联系也值得考虑。
　　针对大型螺旋桨螺距规与卡钳测量工艺效率低和精度不高的问题，采用了一种高效的测量工艺，利用非接触式激光位移传感器对螺旋桨叶面和叶背同步扫描，根据激光测量机结构建立了测量配置结构的运动学模型，并给出了后置处理求解过程。
　　根据激光测量机结构，分析了机械结构的约束条件，建立了测量轨迹规划的同步性控制条件。结合螺旋桨的几何特性，对过渡段测量轨迹采用参数化的规划方法，并分析了螺旋桨激光测量机在过渡段测量时各运动轴的运动特性。最后，针对不同规格的螺旋桨给出了具体的验算实例，论证了轨迹规划方法的有效性。
　　根据测量点数据分析计算螺距点加工余量，并对螺距点钻孔标记进行了轨迹规划，分析了加工余量和毛坯定位之间的关系，提出了一种毛坯定位优化方法，建立了基于螺旋桨设计工艺参数公差的螺旋桨叶片曲面匹配模型，并采用模拟退火算法快速求解得到毛坯最优定位矩阵，保证螺旋桨叶片余量分布均匀。通过不同规格螺旋桨的应用实例，验证了螺旋桨叶片加工余量自动调整的优化定位算法的效果和钻孔轨迹规划方法的有效性。
　　开发了螺旋桨激光测量机软件系统的测量规划模块、钻孔规划模块和后置处理模块，该软件模块可以根据不同的测量规划参数生成测量轨迹，后置处理生成测量程序并进行运动仿真及干涉碰撞检查；根据测量数据实现毛坯优化定位，保证加工余量分布均匀，并根据钻孔规划参数生成钻孔轨迹；能够配置螺旋桨激光测量机结构和运动部件详细信息，用于后置处理和仿真及干涉碰撞检查。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容

2 螺旋桨叶片激光同步测量工艺与运动求解

2.1 大型螺旋桨测量工艺与装备

2.2 螺旋桨激光测量机结构运动学建模与求解

2.3 本章小结

3 多约束条件下测量轨迹规划

3.1 基于同步性控制约束测量轨迹规划

3.2 过渡段测量轨迹规划

3.3 螺旋桨测量轨迹计算实例

3.4 本章小结

4 基于加工余量优化的毛坯定位与钻孔轨迹规划

4.1 基于加工余量优化的毛坯定位

4.2 螺旋桨毛坯定位优化实例分析

4.3 大型螺旋桨钻孔轨迹规划

4.4 本章小结

5 螺旋桨测量机软件模块开发

5.1 测量规划模块开发

5.2 后置处理模块用户界面介绍

5.3 钻孔规划模块开发

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录I 攻读学位期间发表学术论文和申报专利与软件著作权