圆柱廓形原位测量及形状误差评定算法的实现

摘要

大型轴类零件是制造装备上被广泛应用一类构件。其圆度、圆柱度、母线直线度等形状误差将会影响其制成品的表面质量。三坐标机和圆度仪是圆柱形状误差测量的最有效的方法，但由于被测对象大而重，原位测量（在生产和使用现场中的测量）是好的测量策略。如何提高轴类零件原位形状的原位测量精度，规避或减小测量结果中原位轴系误差运动与导轨误差运动的影响，是近几年来大型轴类零件测试技术中最引人注目的关键问题。
　　圆柱形状误差原位测量评定涉及两个0基本问题:圆柱廓形的测量重构和形状误差的评定算法。论文基于的多点误差分离方法(Multi-probe Error Separation Techniques，EST)集成多点圆度和多点直线度误差分离方法，实现圆柱廓形测量过程中导轨和轴系误差运动的全谐波分离，进而实现符合圆柱廓形数学定义的重构，为高精度圆柱形状误差测量评定提供高精度的数据源。
　　论文建立了一种4点圆柱度误差分离(4-probe Cylindricity Error Separation Techniques，4-EST)数学模型，通过单截面的三点圆度误差分离方法实现了正确测定截面半径偏差和圆度误差、通过对双截面测量数据的误差分离，萃取了相邻两测量截面的最小二乘中心的差分矢量、通过类似于两点直线度误差分离方法的累积运算测定了各个测量截面的最小二乘中心矢量，实现基于被测圆柱空间弯曲中线的圆柱廓形重构。与三点圆柱度误差分离方法相比4-EST能够萃取各个测量截面的最小二乘中心矢量、克服了一阶谐波抑制难题;与其它EST相比4-EST以较少的传感器数目，较高的抗干扰能力实现了圆柱廓形的高精度重构。
　　论文还研究了基于最小包容圆原则的被测圆柱形状误差的评定，其中包括了圆柱度、圆度、母线直线度等评定的算法及其实现，提出了一种网格搜索算法高效实现圆柱形状误差的包容评定，通过仿真验证了评定结果与几何判断准则的一致性，获得了包容评定的精确解。
　　基于提出的4-EST技术所获得的测量数据，对实测数据进行了圆柱廓形重构，鉴于重复测量重构的被测圆柱空间弯曲中线廓形的一致性以及被测圆柱母线廓形的一致性，证明4-EST较高的抗干扰能力，并且获得高精度的圆柱廓形重构。
　　论文依托研究工作，基于MATLAB和VS2010完成了仿真软件和误差评定软件的开发，用于理论验证和实际测量数据误差分离、重构以及评定。软件实现了要求的功能。

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致谢

摘要

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表格清单

第一章 绪论

1．1 课题意义

1．2 国内外概况

1．3 4点圆柱度误差分离法

1．4 网格搜索算法

1．5 目前存在的问题及研究方向

1．6 本文的研究内容

第二章 4-EST数学模型

2．1 4-EST方法综述

2．2 圆度

2．3 最小二乘中心差分矢量

2．4 圆柱形貌重构

第三章 圆柱形状误差的评定

3．1 圆度误差评定基本方法

3．1．1 最小包容原则

3．1．2 最小二乘原则

3．2 圆度误差网格搜索法

3．2．1 圆度误差网格搜索法步骤

3．3 母线直线度误差评定基本方法

3．4 母线直线度网格(打点)搜索算法

3．5 圆柱度误差评定基本方法

3．5．1 最小包容原则

3．5．2 最小二乘原则

3．6 圆柱度误差网格搜索算法

第四章 数字仿真及分析

4．1 仿真工具

4．2 4-EST的有效性和可靠性仿真

4．2．1 被测截面的最小二乘中心

4．2．2 圆柱母线提取

4．2．3 主轴角运动

4．3 误差评定的仿真

4．3．1 圆度误差网格搜索法仿真验证

4．3．2 母线直线度网格(打点)搜索算法仿真验证

4．3．3 圆柱度误差网格搜索算法仿真

第五章 实验验证及分析

5．1 实验装置

5．2 实验过程

5．2．1 空间弯曲中线

5．2．2 母线

5．2．3 重构圆柱廓形

5．3 形状误差评定

5．3．1 圆度误差

5．3．2 母线直线度误差

第六章 全文结论及展望

6．1 全文总结

6．2 本文创新点

6．3 发展与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

附录