超声非接触扫描测厚中耦合间隙自适应调整方法与技术

发布时间：2020-10-16 05:25

　　 壁厚参数是航天航空、国防军事装备领域中衡量薄壁零件加工质量的重要指标,喷流液浸式超声脉冲测厚因具有非接触无损测量、适应高速扫描运动等优点,是实施大型薄壁零件在机自动超声测厚的有效手段。然而,由于薄壁零件尺寸大、刚度低,极易因运输、装夹等受力发生变形,导致实际测量过程中超声传感器与工件间的耦合间隙难以在适当范围内保持稳定:耦合间隙过大,引起超声回波信号多分量耦合,导致测厚结果不可信;反之,可能引起测厚装置划擦甚至碰撞工件,不仅损伤工件及设备,还具有安全隐患。因此,在超声非接触扫描测厚过程中,适应工件变形后的真实面形动态调整耦合间隙至适当范围内维持稳定,对于提高测厚精度及稳定性具有积极意义。针对超声非接触扫描测厚过程中耦合间隙“状态判别”、“调整值确定”、“面形自适应调整路径生成”关键问题,设计集成涡流传感器探路测量功能的超声测厚装置,基于三轴联动测量平台建立多传感器坐标统一模型及耦合间隙状态判别模型;融合核函数概率密度估计及k近邻概率密度估计思想构造一种已测点耦合间隙数据密度估计函数,指导耦合间隙调整值确定;采用用最小二乘法(MLS)拟合工件面形并生成耦合间隙面型自适应调整路径,通过实施基函数正交化及选取适当紧支撑权函数提高拟合精度及速度。为实现耦合间隙自适应调整功能应用于数控测量平台,通过基于Operate Programming Package,使用xml、Qt及C++编程语言二次开发Sinumerik 840D sl数控系统HMI界面,实现耦合间隙自适应调整算法嵌入及HMI与NC、PLC之间交互通讯;通过激活Sinumerik 840D sl数控系统“位置无关温度补偿功能”并修改数控系统PLC程序,实现数控系统执行NC程序过程中依据耦合间隙自适应调整算法输出点位信息在线动态偏移机床主轴。基于自主开发测量平台实施耦合间隙自适应调整的超声非接触扫描测厚实验,分别对比耦合间隙自适应调整前后的耦合间隙、测厚误差,验证所研究方法与技术的有效性。可以实现耦合间隙始终在预设范围内维持相对稳定,有效提高调整区域测厚精度。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V26;TG115.28
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 模型未知自由曲面自适应测量方法
        1.2.2 测量数据拟合方法
        1.2.3 数控系统自适应控制方案
        1.2.4 数控系统开发方法
    1.3 课题来源及主要研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 主要研究内容
2 耦合间隙自适应调整方法
    2.1 超声非接触测厚理论基础
        2.1.1 超声波理论基础
        2.1.2 超声脉冲反射测厚原理
        2.1.3 超声测厚耦合方式
        2.1.4 液体耦合剂对超声传播过程的影响
    2.2 耦合间隙状态判别
        2.2.1 探路法耦合间隙自适应调整原理
        2.2.2 集成涡流传感器探路测量功能的超声测厚装置
        2.2.3 基于测量平台的多传感器坐标统一
        2.2.4 耦合间隙状态判别
    2.3 耦合间隙调整值确定
        2.3.1 非参数概率密度估计方法
        2.3.2 自适应数据密度估计
        2.3.3 基于已测耦合间隙数据密度估计的调整值确定
    2.4 耦合间隙自适应调整路径生成
        2.4.1 MLS拟合原理
        2.4.2 基函数正交化
        2.4.3 紧支撑权函数选取
        2.4.4 基于MLS拟合的耦合间隙自适应调整路径生成
    2.5 本章小结
3 耦合间隙自适应调整技术
    3.1 数控系统开发过程
        3.1.1 准备开发环境
        3.1.2 与NC建立连接
        3.1.3 创建HMI项目
        3.1.4 设计界面及编写功能代码
        3.1.5 嵌入应用程序
        3.1.6 调试HMI项目
    3.2 HMI界面配置
        3.2.1 HMI界面框架
        3.2.2 屏幕布局及拓展
        3.2.3 HMI对话框配置
    3.3 关键功能实现
        3.3.1 读/写变量
        3.3.2 文件操作
        3.3.3 执行NC程序
    3.4 数控系统外部机床坐标系原点在线动态偏置
        3.4.1 误差在线动态补偿方法
        3.4.2 激活“位置无关温度补偿”功能
        3.4.3 修改数控系统PLC程序
    3.5 本章小结
4 综合实验
    4.1 切削液作超声在机测厚耦合剂的可行性
        4.1.1 实验系统
        4.1.2 实验过程
        4.1.3 实验结果分析
    4.2 期望耦合间隙预设区间的确定
        4.2.1 实验过程
        4.2.2 实验结果分析
    4.3 耦合间隙自适应调整的超声非接触扫描测厚
        4.3.1 实验系统
        4.3.2 实验过程
        4.3.3 实验结果分析
    4.4 本章小结
5 结论
参考文献
攻读硕士学位期间学术成果
致谢

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本文编号：2842828