新型内径非接触测量方法研究

摘要

制造业机械加工过程中，孔是重要的加工、检测对象，随着制造业的高速发展，对孔的检测的精度、检测效率的要求越来越高。在汽车发动机制造领域，发动机箱体上轴孔的检测精度对发动机性能具有重要影响。内径测量是孔的检测的重要组成部分，实现轴孔内径的高精度、高效率的实时、在线测量具有重要的现实意义。
　　在分析比较现有内径测量方法的基础上，本文提出了一种新型轴孔内径测量方法，测量系统在测头的同一横截面内均匀安装三个激光位移传感器，通过三个传感器的测量值，计算被测轴孔截面的内径。新型测量方法不仅简化了测量系统的结构，而且增大了测量间隙，利于实现轴内径的自动化测量。论文的研究内容如下:
　　1.分析了内径测量在现代制造业中的重要意义，研究了内径测量的发展现状，对比现有测量方法的特点与不足，提出了一种非接触式内径测量方法。
　　2.针对提出的测量方法，确定测量原理，建立了数学模型，并对数学模型分析，总结影响测量结果的各种因素，确定测量系统的机械结构要求。
　　3.在分析测量系统实际测量条件的基础上，设计了测量系统的验证方法。设计了测量系统的机械结构以满足激光位移传感器的位姿调整与固定;基于STM32、AD7606以及PC机，设计电路系统的硬件结构，以完成激光位移传感器输出信号的采集、转换、传输与处理;设计了STM32软件以及基于windows平台的数据处理程序。
　　4.基于测量系统结构要求，完成测量系统的标定。主要包括激光位移传感器位姿调整以及测量方法数学模型中未知参数的计算，分析了传感器位姿关系对测量结果的影响;使用非线性拟合的方法，结合标准环规，求取数学模型中未知参数的值，为测量系统的实验做好准备。
　　5.使用测量系统进行内径测量实验，验证了提出了非接触内径测量方法的正确性及可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 内径测量方法研究现状

1．2．1 三坐标机器测量方法

1．2．2 气动式内径测量方法

1．2．3 单测头旋转式内径测量方法

1．2．4 多测头内径尺寸测量方法

1．3 新型内径测量方法介绍

1．4 本文研究意义及主要工作

1．5 本章小结

第二章 内径测量原理及数学模型分析

2．1 内径测量方法测量原理

2．2 内径测量方法数学模型

2．3 影响测量结果的因素

2．3．1 传感器结果引入的误差

2．3．2 被测轴孔表面情况引入误差

2．3．3 被测轴孔倾斜度的影响

2．3．4 被测物体曲率半径引入的误差

2．3．5 传感器位置关系引入误差

2．4 本章小结

第三章 内径测量系统设计

3．1 测量系统组成

3．2 激光位移传感器

3．3 测量系统机械设计

3．4 测量系统电路设计

3．4．1 STM32电路设计

3．4．2 AD7606电路设计

3．4．3 STM32与AD7606连接电路设计

3．4．4 串口电路设计

3．5 测量系统软件设计

3．5．1 STM32软件设计

3．5．2 windows串口通信程序设计

3．5．3 测量数据处理

3．6 本章小结

第四章 系统标定

4．1 传感器位姿调整

4．2 数学模型参数的确定

4．3 激光位移传感器校准

4．4 本章小结

第五章 实验及分析

5．1 内径测量实验

5．2 实验误差分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究内容总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢