典型零件形状误差的PSD激光跟踪测量系统研究

摘要

由机械加工的零件，特别是对精度要求较高的零件产品，其形状误差是评定机械加工精度的重要因素，同时对产品使用性能和零件寿命具有重要影响，在生产过程中要通过有效测量进行控制。国内在形状误差评定领域发展迅速，但距世界先进水平还有一定差距。因此，对零件进行精确的形状误差评定，在机械测试领域具有重要的现实意义。本文通过分析国内外形状误差测量系统及评定算法的研究现状，对航空大公差的平面结构典型零件形状误差测量系统进行研究。首先对空间点进行坐标测量，然后对形状误差建立最小二乘和最小条件数学模型，设计了一套坐标测量、形状误差评定的PSD激光自动跟踪系统。
　　本研究主要内容包括：⑴搭建PSD激光跟踪测量系统控制平台，上位机包括工业控制计算机、运动控制卡PCI-8134，下位机由ARM处理器、PSD传感器、陀螺仪、射频设备等组成。将各模块整合成PSD激光跟踪测量系统，为系统软件设计提供了硬件基础。⑵编写PSD激光跟踪测量系统上位机软件，上位机用VC编写图形用户界面，实现运动控制、数据显示、形状误差评定等功能。运动控制功能包括相对运动控制和绝对运功控制，数据显示功能主要是将测量过程中的数据信息实时显示出来，误差评定功能将测得的坐标经评定算法处理计算得到零件的形状误差。⑶编写PSD激光跟踪测量系统下位机软件，在MDK开发环境下编写各模块外设驱动程序和 ARM处理器任务主程序。整个软件工程采用模块化编程，为了提高系统稳定性，移植嵌入式实时操作系统μC/OS-II，为了确保数据可靠性，自定义通信协议实现上位机和下位机之间信息传输。⑷对PSD激光跟踪测量系统进行误差分析，并利用激光跟踪仪标定本系统，最后对典型零件进行形状误差测量试验，试验证明该系统可以满足10等级公差范围的典型零件形状误差测量要求，可以应用于航空大公差范围的平面结构件测量。

目录

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3主要内容和章节安排

第二章 DSOT-PSD系统原理

2.1 DSOT-PSD系统整体介绍

2.2 空间三角法原理及应用

2.3 坐标变换原理及应用

2.4 典型零件形状误差评定方法

2.5 本章小结

第三章 DSOT-PSD系统硬件设计

3.1硬件总体设计

3.2 DSOT-PSD系统运动控制单元

3.3 DSOT-PSD系统信息采集单元

3.4 本章小结

第四章 DSOT-PSD系统软件设计

4.1软件总体设计

4.2上位机软件设计

4.3下位机嵌入式软件设计

4.4上下位机通信的实现

4.5 本章小结

第五章 误差分析与标定

5.1误差分析

5.2不确定度分析

5.3 DSOT-PSD系统标定

5.4 本章小结

第六章 典型零件形状误差测量的试验研究

6.1试验对象

6.2 平面度误差测量试验

6.2 平面内直线度误差测量试验

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的学术论文

附录 试验测量数据