三坐标测量机误差分析及效率提高

摘要

与传统的接触式三坐标测量机相比，非接触式测量分辨率高、测量范围较大；能够实现零接触测量，没有测量力和摩擦，可方便地测量软质和易变形物体表面；测量速度快、采样频率高，形成“点云”数据；从根本上解决了接触式测量所产生的各种缺陷。实验室原有的非接触式三坐标激光测量仪由于结构原因，只能对回转体进行测量。在将其结构改进之后，本论文以改进后的三坐标测量仪为研究对象。
　　 主要研究内容包括以下几个方面：
　　 (1)根据测量仪采用点云和基于曲线的模型重建两种测量模式，给出了已知数学模型及未知数学模型的建模方式，并详细阐述了点云数据的处理方式及过程。
　　 (2)详细介绍了步进电机驱动控制原理、激光测头的工作原理。
　　 (3)针对非接触激光三角测头式三坐标测量系统进行误差分析，其系统误差主要来源为系统的几何误差，主要包括X、Z轴滚珠丝杠的传动误差、X、Z轴倾角误差。采用软件补偿法对三坐标测量系统的系统误差进行补偿，分别对三坐标测量系统的各单项误差建立误差补偿数学模型，编写误差补偿软件进行补偿。依照原有测量软件，补偿软件采用Visual C++6.0编写，经过测试运行正常。
　　 (4)从测头和测头方向的选择、测量点数目及其位置的确定、检测路径的规划、碰撞检查和碰撞规避问题等几个方面对自动检测做了研究，从而提高测量效率。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 三坐标测量机的发展概况、现状

1.3 三坐标测量机系统误差补偿和效率提高的发展趋势

1.3.1 三坐标测量机发展趋势

1.3.2 系统误差补偿和效率提高的发展趋势

1.4 课题的来源及主要工作

1.4.1 课题来源

1.4.2 课题的主要研究内容

第2章 曲线曲面模型建立

2.1 概述

2.2 点云数据的处理及模型重建

2.2.1 点云数据的预处理

2.2.2 点云数据的模型重建

2.3 基于曲线的模型重建

2.3.1 直线的最小二乘解建模

2.3.2 圆的建模

2.3.3 平面

2.3.4 自由曲线建模

第3章 实验台硬件系统分析

3.1 机械结构设计

3.2 控制系统的硬件设计

3.3 激光测头特性分析与研究

3.2.1 激光三角测头基本结构

3.2.2 激光三角测头测量原理

3.2.3 步进电机及驱动器性能介绍

3.3 四轴运动控制

3.3.1 步进电机速度控制

3.3.2 激光测头的位置控制

3.3.3 激光测头的制动控制

3.4 数据采集控制

第4章 测量系统误差分析和补偿

4.1 三坐标测量系统误差分析

4.1.1 X、Z轴滚珠丝杠误差分析

4.1.2 角运动误差的检测

4.1.3 旋转轴回转误差的检测

4.1.4 激光测头对的精度因素及补偿方法

4.2 X、、Z轴滚珠丝杠误差补偿

4.3 X、Z轴滚珠丝杠误差补偿程序

4.4 角运动误差的补偿

4.5 倾角误差的补偿程序

第5章 测量机检测规划问题和效率提高

5.1 测头和测头方向选择

5.2 测量点数的确定及其分布

5.3 检测路径的规划和扫描效率的提高

5.3.1 周向扫描

5.3.2 面扫描

5.3.3 边界扫描

5.4 碰撞检查及碰撞

第6章 测量实例分析

6.1 非回转体测量

6.2 回转体误差的补偿

6.3 凸轮的测量

6.4 模具的扫描和测量

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录