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车体尺寸和几何量检测软件系统及其研究

作　者: 陈皓
导　师: 赵转萍
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 大尺寸检测传感器阵列数据结构
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 7次
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内容摘要

随着我国现代化建设的逐步推进和科学技术的不断发展，在飞机制造、高铁设备制造、电力能源设备制造、万吨级以上船舶制造、钢铁成套设备制造等重大装备的制造中，先进的大尺寸测量手段是技术进步的先决条件，对大尺寸零件形位尺寸的测量精度和自动化程度提出了更高的要求。对于大尺寸对象的测量，主要包括对几米至几百米大小的物体的空间坐标位置、尺寸、形状、运动轨迹等的测量。在一些特殊环境和特殊待测物体下，采用一般的测量方法往往无法实现大尺寸测量。本文在现有的大尺寸测量方法基础上，根据机车检测的实际需求，提出了一种综合多种传感器数据的扫描式三坐标测量体系。系统通过机构的运动，采用多种传感器和相应的数据采集技术依次测出车体各轮廓横截面的三坐标和测量误差源数据，分析建立测量误差补偿方案和相应的数学模型，并将测得的各截面数据拟合成三维实体，最终求得所需尺寸和几何量参数，实现对机车车体主要结构尺寸的高精度、智能化测量。文章首先介绍了测量系统的整体结构以及测量机构的硬件和软件构成；分析了建立多传感器测量系统坐标系的方法；根据空间几何原理建立了车体各测量参数的数学模型以及测量误差补偿的数学模型；阐述了软件系统外围各设备的功能，根据用户需求对测量模块、误差补偿模块、伺服系统等模块设计了软件流程，对软件流程中的测量部分进行讨论。最后给出了各种传感器的校准方法和对整个测量系统的标定方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-19
  1.1 课题的来源和研究意义  12-14
    1.1.1 课题的来源  12-14
    1.1.2 课题的研究意义  14
  1.2 国内外轨道车辆车体尺寸及几何量测量发展现状  14-17
  1.3 课题的主要研究内容和论文结构  17-19
    1.3.1 课题的主要研究内容  17
    1.3.2 论文的结构安排  17-19
第二章车体尺寸和几何量误差检测系统的总体设计  19-24
  2.1 测量系统的基本方案和结构  19-20
  2.2 龙门机构系统  20-23
    2.2.1 整体结构  20-21
    2.2.2 龙门架的机械结构设计  21
    2.2.3 导轨机构的设计  21-22
    2.2.4 测量系统的运行过程简述  22-23
  2.3 软件系统整体结构设计  23
  2.4 本章小结  23-24
第三章测量系统数学模型和相关算法  24-34
  3.1 测量空间坐标系的建立  24-26
  3.2 车体三维数学模型的构建  26-28
  3.3 待测车体主要参数的相应算法  28-32
    3.3.1 车体轮廓面的拟合  28-30
    3.3.2 车体轮廓侧面平面度的计算  30
    3.3.3 侧面对地面的倾斜角的计算  30
    3.3.4 车底底梁挠度的计算  30-32
  3.4 数学模型的实现方法  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章数据采集和过程控制系统结构  34-50
  4.1 软件系统中外围设备的总体结构  34-35
  4.2 车体轮廓扫描模块  35-40
    4.2.1 模块主要结构  35
    4.2.2 数据采集卡  35-36
    4.2.3 激光测距传感器  36-38
    4.2.4 球栅尺  38-40
  4.3 在线误差补偿模块  40-46
    4.3.1 误差补偿方案的设计  40-42
    4.3.2 光纤光栅应变力传感器  42-45
    4.3.3 二维倾角仪  45-46
  4.4 龙门运动控制模块  46-49
    4.4.1 模块总体构成  46-47
    4.4.2 运动控制卡  47-48
    4.4.3 伺服电机系统  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章测量系统的软件设计  50-61
  5.1 软件开发工具  50
  5.2 软件功能需求分析  50
  5.3 软件模块总体设计  50-53
  5.4 软件系统关键模块流程的设计  53-60
    5.4.1 检测总体流程设计  53-54
    5.4.2 测量主流程设计  54-56
    5.4.3 龙门运动控制流程设计  56-58
    5.4.4 误差测量数据实时监测模块设计  58-59
    5.4.5 测量结果查询模块设计  59-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章软件数据库结构设计  61-70
  6.1 测量系统数据库 E-R 模型设计  61-63
  6.2 测量数据库表的结构设计  63-67
  6.3 测量数据库访问模块设计  67-69
  6.4 本章小结  69-70
第七章检测系统的校准和标定  70-78
  7.1 测量传感器的校准和标定  70-73
    7.1.1 激光传感器的标定  70-71
    7.1.2 二维倾角仪的标定  71-72
    7.1.3 球栅尺的校准  72
    7.1.4 光纤应变力传感器的校准  72-73
  7.2 激光感测头坐标系的标定  73-75
  7.3 检测系统误差分析  75-77
  7.4 本章小结  77-78
第八章总结展望  78-80
  8.1 工作总结  78
  8.2 研究展望  78-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
在学期间的研究成果及发表的学术论文  84

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