大口径弹体热成形精度在线检测系统研究

摘要

本文以国家高技术研究发展计划“×××××高精度高性能成形生产线”项目为背景，针对弹体热成形精度的在线检验问题，研究了“大口径弹体热成形精度在线检测系统”。
　　热成形工艺之后，弹体依然有800℃左右的高温。为了实现弹体内外表面的同时测量，论文提出了基于 CCD激光位移传感器的接触与非接触方式共同参与的“复合测量原理”。在此基础上，研制了立式综合测量系统。该系统采用基于PC的开放式数控系统，X、Z、C三轴联动，可同时测量弹体内外径、壁厚差、圆度、圆柱度及内外表面同轴度误差。论文阐述了测量系统的运动控制、数据采集及控制系统软件模块，研究了开放式数控系统的体系结构、主要功能以及开放的层次和开放的途径。
　　针对弹体测量精度和在线测量的特点，研究了等截面采样和螺旋线采样两种测量方式，推导了内外径及壁厚差、圆度、圆柱度、同轴度等误差的计算公式。算法简洁，计算效率和计算精度较高。特别是双螺旋线测量方式，测量效率和精度俱佳，可推荐作为通用测量机的可选功能。
　　论文研究了测量系统的机械误差、弹体热变形误差、采样信号中的粗大误差的剔除算法。由于弹体高度、外径均对内径的热变形产生影响，论文推导了内径的热变形精确计算公式，给出了近似计算的条件，并由此深入研究了材料线膨胀系数、体膨胀系数及热变形系数的相互关系，对热膨胀系数的科学定义进行了初步探讨。鉴于测量中采样信号成分的复杂，研究了以逐次逼近限幅滤波剔除离散噪声、以一阶差分滤波剔除连续噪声，然后以53H滤波算法和多点平滑滤波算法共同进行数据平滑的综合数据处理方法，文中给出了具体的算法。论文还对高斯滤波器及在圆度测量中的应用作了初步探讨。
　　实验表明，所研制的测量系统有较高的测量精度和效率，满足恶劣环境下弹体精度的测量要求，填补了国内弹体成形精度在线自动测量技术的空白。

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1 绪 论

1.1课题研究背景、目标及意义

1.2形位误差评定理论及测量技术的国内外研究现状

1.3 误差分离技术的国内外研究现状

1.4 高温零件几何精度测量技术的国内外研究现状

1.5论文主要研究内容

2 基于CCD激光位移传感器的混合测量原理

2.1 CCD激光位移传感器的测量原理及关键技术

2.2 选择LK-501 CCD激光位移传感器的技术依据

2.3混合测量原理

2.4本章小结

3 测量系统硬件设计

3.1测量系统总体设计概述

3.2测量系统的机械设计

3.3运动控制与数据采集模块的硬件选型及设计

3.4 本章小结

4 基于PC的开放式数控系统

4.1 开放式数控系统概念的产生及研究进展

4.2 开放式数控系统的体系结构

4.3开放式数控系统的功能分析

4.4基于PC的开放式数控系统的硬件结构

4.5基于PC的开放式数控系统的软件模块

4.6 本章小结

5 采样技术及尺寸、形位误差的算法研究

5.1 弹体测量采样方案

5.2 弹体内外径及壁厚差的计算

5.3 弹体形位误差的评定与计算

5.4 基于螺旋线采样的同轴度、圆柱度误差计算

5.4 本章小结

6 测量系统的误差分离技术与理论

6.1测量系统机械误差的分离

6.2 弹体热变形的计算、补偿及热膨胀若干理论问题

6.3采样数据粗大误差分离理论与方法

6.4 圆度测量中的高斯滤波器及其应用

6.5 本章小结

7 实验验证及误差分析

7.1 测量系统精度的实验室验证

7.2测量系统精度的现场验证

7.3 误差分析

7.4 本章小结

8 结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢