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三维表面粗糙度测量的关键技术研究

作　者: 宋战波
导　师: 崔凤奎
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 表面粗糙度激光三角法非接触测量气浮式工作台三维评定
分类号: TG84
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着机械加工自动化程度的提高,对表面粗糙度的测量提出了越来越多的要求,主要包括测量方法的改进,测量精度的提高以及粗糙度参数评定的研究。围绕这些要求,本文应用对比分析方法对测量方法进行了研究,并对激光三角法测量原理进行分析以及三角函数理论推导;对测量仪整体结构原理进行研究,选出各部分构件类型和参数,搭建测量仪试验台;对粗糙度三维评定参数进行理论分析研究,并在理论研究的基础上对表面粗糙度进行测量实验,借助实验数据对理论研究进行分析验证。对激光三角法测量原理进行了深入分析和研究,通过对直射式激光三角法和对称斜射式激光三角法光路的分析和CCD像点位移的函数关系研究,得出了被测表面微观各点高度信息计算模型;对直射式激光三角法和对称斜射式三角法进行了比较分析,得出直射式三角法的结构简单、测量范围大。经过对激光三角法测量表面粗糙度的分析,选择直射式三角法作为三维粗糙度测量方法。通过测量方法的分析和构件结构原理研究,建立了新型三维表面粗糙度测量仪,CCD激光测头采用Ernostar光学系统和Li-CCD相结合,X-Y工作平台采用气浮静压导轨和直线电机相结合,确保测量仪具有良好的线性特性,实现了工作台高精度定位和平稳运动;立柱由步进电机和滚珠丝杠相配合,满足高度方向的精确升降移动。对粗糙度的三维参数评定进行了研究,给出了基准面的确定方法和八个基本的三维粗糙度评定参数。对加工平面进行了实验研究,对实验数据进行了二维粗糙度和三维粗糙度的参数评定,对评定结果进行了对比分析,得出二维参数评定具有局限性和三维参数评定具有整体性特征。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第1章绪论  8-22
  1.1 引言  8-11
  1.2 三维表面粗糙度测量方法的比较  11-18
    1.2.1 接触式测量  11-12
    1.2.2 非接触式测量  12-17
    1.2.3 测量方法比较结果  17-18
  1.3 国内外研究现状  18-19
  1.4 课题研究的目的与意义  19-20
  1.5 课题来源及主要研究内容  20-22
第2章三维表面粗糙度激光三角法测量原理研究  22-30
  2.1 激光三角法基本原理  22-25
    2.1.1 直射式  22-24
    2.1.2 对称斜射式  24-25
  2.2 直射式和对称斜射式方法比较分析  25-26
  2.3 激光三角法测头光路结构参数设计  26-29
  2.4 三维表面粗糙度测量的三角法分析  29
  2.5 本章小结  29-30
第3章三维表面粗糙度测量仪结构及工作原理  30-50
  3.1 硬件系统结构组成  30-45
    3.1.1 CCD 激光测头组件  31-33
    3.1.2 气浮式X-Y 工作台  33-43
    3.1.3 立柱  43-45
  3.2 控制系统工作原理  45-47
  3.3 系统扫描方式  47-48
  3.4 本章小结  48-50
第4章表面粗糙度三维参数评定的研究  50-68
  4.1 三维粗糙度评定概述  50
  4.2 三维参数最小二乘评定基准面的建立方法  50-59
    4.2.1 最小二乘平面基准  53-55
    4.2.2 最小二乘圆柱面基准  55-57
    4.2.3 最小二乘圆锥面基准  57-58
    4.2.4 最小二乘球面基准  58-59
  4.3 表面粗糙度三维评定参数  59-66
  4.4 三维评定参数的选用  66
  4.5 本章小结  66-68
第5章数据处理与实验分析  68-78
  5.1 数据处理系统  68-71
  5.2 实验结果与分析  71-78
第6章总结  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间的研究成果  85

三维表面粗糙度测量的关键技术研究

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