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逼近式孔心定位方法研究及其拓展应用

作　者: 苏野
导　师: 王仲
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 孔心定位孔心距测量非接触测量大型工件激光位移传感器在位测量
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

箱体类工件,孔是其重要定位要素和加工、测量对象。大型箱体类工件加工,需要大型机床。由此引发如下问题：(1)大型工件需要大型机床加工,设备工时昂贵；(2)传统测量、定位方法效率低、补偿不便,高精度定位与加工需多次反复才能完成；(3)国内外在大型箱体零件加工方面的差距主要体现在辅助时间的长短上,而测量、定位时间是辅助工时的主要因素。以船用发动机箱体零件加工为例,通常加工的第一个问题就是工件在机床上的安放问题——正确定位。要求箱体某轴线与机床某运行方向平行或垂直是最常见的定位内容之一。实际调查发现,这是非常耗费工时的内容。因此,如何减少工件定位工时变得很有意义。为了快速实现工件孔心定位,本课题提出了一种回转激光位移传感器的逼近孔心定位方法并设计了孔心定位测量头。将测量头固定于机床的主轴上,主轴旋转中心置于理想圆心附近即可。在机床旋转的同时,沿与主轴轴线正交且相互垂直的两个方向上移动主轴,直到测量变化量达到最小(理论上可以为零),此时可以认为轴孔中心达到重合。机床上显示的坐标值就是被测轴孔孔心在机床上的坐标。编写测量程序实现数据的接收、处理以及实时动态曲线显示。将孔心定位方法以及孔心定位测量头扩展应用于孔心距的测量。运用逼近式孔心定位方法能够快速准确的求出两平行轴孔的孔心,从而确定两个轴孔孔心之间的距离。通过误差的来源和影响分析孔心定位及孔心距测量的精度。本文的主要工作如下：1.孔心定位的发展现状和常用方法的研究。2.孔心定位系统及孔心定位测量头的设计。3.软件的编写。包括软件界面的设计、通过串口接收无线模块传出的传感器的测量值、测量数据实时的处理、显示和保存以及测量结果以图形直观显示。4.孔心定位实验验证。将孔心定位测量头安装在机床主轴上,运用逼近式孔心定位方法测量标准环规的孔心在机床上的位置,并进行多次反复实验验证5.将孔心定位方法和孔心定位测量头结合应用于孔心距的测量,并将孔心距测量实验中得出的测量结果与三坐标机对孔心距的测量相比较。6.分析孔心定位和孔心距测量的误差来源及影响,对测量系统做出总结并提出改进的地方。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 孔心定位的背景和研究意义  8
  1.2 孔心定位的国内外研究现状  8-14
  1.3 本课题的研究内容及创新点  14-16
    1.3.1 课题研究的主要内容  14-15
    1.3.2 课题研究的创新点  15-16
  1.4 本章小结  16-17
第二章孔心定位系统的测量原理及孔心定位系统的组成  17-32
  2.1 孔心定位系统的测量原理  17-18
  2.2 测量数学模型  18-20
  2.3 孔心定位系统中参数的确定  20-26
    2.3.1 传感器旋转一周测量点数的确定  21-22
    2.3.2 传感器出射线与主轴回转轴线位置关系的确定  22-25
    2.3.3 传感器出射线与机床主轴回转轴线之间夹角对测量结果的影响  25-26
  2.4 孔心定位系统中测头主要组成部分  26-30
    2.4.1 激光位移传感器  26-27
    2.4.2 无线收发模块  27-28
    2.4.3 电池模块  28-29
    2.4.4 变径调节装置  29
    2.4.5 测头架  29-30
  2.5 本章小结  30-32
第三章孔心定位系统的软件设计  32-42
  3.1 与无线收发模块通讯  32-34
  3.2 数据处理方法  34-39
    3.2.1 传感器接收数据的转化  34-35
    3.2.2 中位数滤波  35-37
    3.2.3 卡尔曼滤波  37-39
  3.3 TEECHART控件介绍及数据图形显示  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章孔心定位实验结果与误差分析  42-51
  4.1 测量孔表面形貌对测量的影响  42-44
  4.2 孔心定位测量实验  44-48
  4.3 孔心定位测量系统误差分析  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章孔心定位方法在孔心距测量上的应用  51-61
  5.1 孔心距测量的国内外研究现状  51-54
  5.2 孔心距测量原理  54
  5.3 孔心距测量实验  54-58
  5.4 孔心距测量结果与误差分析  58-60
  5.5 本章小结  60-61
总结与展望  61-63
  全文总结  61-62
  展望  62-63
参考文献  63-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

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