大型工件表面形状实时测量技术的研究

摘要

表面形状误差是指表面实际形状对理想形状的变化量，表面形状的测量主要就是测量这个变化量。这里的表面通常是指平面、圆柱面（圆锥面）以及球面等，这些形状的工件在加工前后都需要对其进行表面形状的测量，以确定其是否符合加工标准、能否运用到实际生产过程中。在大型设备制造业中，如飞机、轮船等制造业，常会有一些大型的工件需要进行表面形状测量，传统的测量方式通常是离线测量，这种方法既费时又费力，效率不高。近年来，人们逐渐青睐于加工测量一体化，在加工过程中对被加工工件的表面形状误差进行在线实时测量。目前已有的方法通常是采用时域法分离表面形状误差，但此方法采点数过少，且计算过程中的矩阵运算比较复杂，尚无法满足工业加工中实时处理的要求。
　　 针对这一问题，本文研究了一种表面分区频域测量表面形状误差的方法。该方法主要是先对大表面进行在线分割，然后以数字信号处理器为主体，用不规则频域四点法对分区表面进行形状误差的分离。
　　 为验证这一方法，本文设计了一套相应的测量系统，并通过测量平面形状误差来验证此方法的可行性。硬件系统设计采用了线位移传感器作为数据采集工具，以数字信号处理器为核心芯片搭建集数据采集、数据处理、数据发送等功能为一体的硬件电路，通过工业电脑对平面形状的最终数据进行分析评定，然后运用无线传输技术将结果实时传送到加工人员手中。其中，硬件电路主要包括传感器阵列采集电路、模数转换电路、数字信号处理系统、串口/无线传输电路等。
　　 经过仿真测试，将平面仿真数据在本次设计的数据处理系统中运行，结果表明测量系统的精度和实时性基本满足设计要求，实时性良好，验证了此种测量方法可运用于实际加工中。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 表面形状测量的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 表面形状测量方法

2．1 表面形状数据采集

2．2 表面形状误差分离

2．3 数据采集方法以及误差分离方法的特点分析

2．4 本章小结

第3章 针对大型工件表面形状在线实时测量的方法

3．1 改进的频域法

3．2 误差分离中的二维离散傅里叶变换

3．2．1 基本算法(行列算法)

3．2．2 其他算法

3．2．3 二维离散傅里叶逆变换

3．3 本章小结

第4章 系统的软、硬件设计与实现

4．1 系统概述

4．1．1 需求分析

4．1．2 系统的总体规划设计

4．2 系统硬件电路设计

4．2．1 数据采集模块的搭建

4．2．2 数据处理及无线传输电路设计

4．2．3 电路设计中应注意的问题

4．3 系统的软件设计与数据最终处理

4．3．1 数据采集、数据处理以及传输软件设计

4．3．2 控制终端的软件设计

4．4 本章小结

第5章 系统试验结果与分析

5．1 传感器的安装与精度测量

5．2 实验仿真及模拟运行

5．3 误差分析

结论

参考文献

致谢

研究生履历