大型复杂曲面在线测量与质量评估系统的研究

摘要

大型复杂曲面在线测量与质量评估系统，是在数控机床上集成测头和专用软件模块实现工件毛坯在线测量与加工余量估计、工件加工质量在线评估功能的系统。本课题以国家“863”项目大型舰船用螺旋桨七轴五联动车铣复合加工机床为研究背景，以大型螺旋桨为研究对象，在深入研究了大型复杂曲面在线测量与质量评估的理论及实现技术的基础上，开发出了基于七轴五联动数控系统的在线测量与质量评估系统。本文主要内容如下：
　　 首先，详细阐述了在线测量与质量评估的原理，对大型复杂曲面在线测量与质量评估系统做了需求分析，提出了系统的总体设计方案。
　　 然后，深入研究了在线测量与质量评估的关键技术，主要包括：
　　 测点的规划及测量轨迹自动生成。用双三次B样条建立螺旋桨叶片曲面的CAD模型，按曲面曲率的变化进行毛坯工件测点的自适应分布规划，按其检测要求进行加工后工件测点的规划，并对所规划的测点进行了干涉判断。
　　 叶片曲面的匹配及加工余量的计算。用最小二乘法建立曲面匹配的目标函数，并用遗传算法进行求解。在对螺旋桨找圆、找平的装卡工艺分析后，进行了简化求解。
　　 螺旋桨叶片在线质量的评估。推导了螺旋桨叶片几何参数（螺距、叶厚、叶宽、后倾角等）的计算公式。螺旋桨叶片在线质量评估是对加工完之后的工件进行在线测量，根据测量数据评估其质量。
　　 再后，分析了七轴五联动数控系统的体系结构，规划了在线测量与质量评估软件的功能模块，选用基于内嵌OpenGL的Visual C++软件开发平台实现了该系统软件的开发，并完成了系统的集成。
　　 最后，应用开发出的基于“数控机床＋专用软件＋测头”结构的大型复杂曲面在线测量与质量评估系统在七轴五联动数控机床上进行了集成和测量实验，结果表明所开发的系统简单实用，提高了叶片类零件测量和质量评估的效率和精度。