大型工件几何参数激光在机测量方法研究

摘要

大型工件是航空航天、能源电力、船舶工程等大型装备制造业的基础构件,提升大型工件制造精度、效率和可靠性等参数是这些行业不懈追求的目标。而这,不仅取决于纯加工技术,还取决于检测技术,尤其是在加工过程中的检测。大型工件要求高精度,很大程度上决定于工件上具有配合要求的内部结构。本文针对此类结构,分析了现有检测技术应用于大型工件在机测量的不足,之后将激光位移检测技术与数控机床结合,提出了若干具有高精度、非接触、在机、易于自动化的位置和尺寸测量方法,以及部分机床误差的测量方法。
　　针对位置测量。提出了机床回转轴定心的设想;以该设想为出发点,研制了以激光三角法位移传感器为核心的单传感器回转测头;利用该测头在旋转时的极限值变动量,建立了针对标准圆和椭圆的逼近式定位模型,实现了孔心定位;在逼近式定位模型的基础上,设计了孔心距测量法和实验装置,从而验证了逼近式孔心定位模型的正确性。
　　针对尺寸测量。其一,以单传感器回转测头为实体,提出了单激光回转极值搜索法,该方法以传感器旋转时的极限值特征,搜索任意表面至回转轴上固定点的间距极限点;利用单激光回转极值搜索法和比较测量法建立了圆孔直径、内平行平面间距的测量模型,同时对所建立模型进行实验验证。其二,研制了一种类似内径千分尺的双激光位移传感器定值比较测头;分析该测头中逆向双激光束的共线性允差,设计了相应的共线性测量和校调方法;利用标准物组合,方便快捷地实现了该测头的初始值标定;通过该测头在不同运动形式下的极值特征,提出了一类使测量光轴与内平行平面的法向、圆孔的径向重合的轨迹规划方法,结合比较测量法,实验验证了内平行平面间距、圆孔直径的测量方法。
　　针对部分机床误差。首先利用单传感器回转测头的上下颠倒模式以及逼近式孔心定位法,实现了机床主轴回转轴线与同向导轨间的平行度动态测量;其次,提出了基于二次消偏的径向跳动激光测试方法,能够动态测量机床主轴径向跳动。
　　本文的研究成果具有一定的实用推广价值,有望作为新的检测手段完成对大型工件的部分在机测量任务,以及对机床的部分测量任务,并且提高这些任务的测量效率和测量精度。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2大型工件测量概述

1.3在机测量研究近况

1.4现有问题和主攻方向

1.5本文研究内容和章节安排

第二章 大型工件非接触在机测量的技术构成

2.1大型工件非接触在机测量系统

2.2基于数控机床的检测技术

2.3基于激光位移传感器的大型工件检测

2.4动态激光“点云”数据分析

2.5本章小结

第三章 一种非接触式孔心位置测量方法及其应用

3.1引言

3.2回转轴线定心设想

3.4逼近式孔心定位法测量模型

3.5孔心定位的误差分析

3.6基于逼近式定心法的孔心距测量

3.7本章小结

第四章 基于单激光束旋转的内尺寸绝对测量

4.1引言

4.2极限点搜索模型

4.3内平行平面间距的测量

4.4圆孔直径测量

4.5本章小结

第五章 基于双传感器定值比较法的内尺寸测量

5.1引言

5.2双传感器定值比较测头

5.3测头光轴共线调校

5.4初始值标定

5.5定值比较测头测量内平行平面间距

5.6定值比较测头测量内孔直径

5.7本章小结

第六章 部分机床误差测量

6.1基于逼近式定心法测量机床回转轴对导轨的平行度

6.2基于二次消偏法的机床径跳激光测试

6.3本章小结

第七章 结论与展望

7.1研究结论

7.2研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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