典型零件形状误差的PSD激光跟踪测量系统研究

发布时间：2017-08-30 00:19

  本文关键词：典型零件形状误差的PSD激光跟踪测量系统研究

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【摘要】：由机械加工的零件,特别是对精度要求较高的零件产品,其形状误差是评定机械加工精度的重要因素,同时对产品使用性能和零件寿命具有重要影响,在生产过程中要通过有效测量进行控制。国内在形状误差评定领域发展迅速,但距世界先进水平还有一定差距。因此,对零件进行精确的形状误差评定,在机械测试领域具有重要的现实意义。本文通过分析国内外形状误差测量系统及评定算法的研究现状,对航空大公差的平面结构典型零件形状误差测量系统进行研究。首先对空间点进行坐标测量,然后对形状误差建立最小二乘和最小条件数学模型,设计了一套坐标测量、形状误差评定的PSD激光自动跟踪系统。1)搭建PSD激光跟踪测量系统控制平台,上位机包括工业控制计算机、运动控制卡PCI-8134,下位机由ARM处理器、PSD传感器、陀螺仪、射频设备等组成。将各模块整合成PSD激光跟踪测量系统,为系统软件设计提供了硬件基础。2)编写PSD激光跟踪测量系统上位机软件,上位机用VC编写图形用户界面,实现运动控制、数据显示、形状误差评定等功能。运动控制功能包括相对运动控制和绝对运功控制,数据显示功能主要是将测量过程中的数据信息实时显示出来,误差评定功能将测得的坐标经评定算法处理计算得到零件的形状误差。3)编写PSD激光跟踪测量系统下位机软件,在MDK开发环境下编写各模块外设驱动程序和ARM处理器任务主程序。整个软件工程采用模块化编程,为了提高系统稳定性,移植嵌入式实时操作系统μC/OS-II,为了确保数据可靠性,自定义通信协议实现上位机和下位机之间信息传输。4)对PSD激光跟踪测量系统进行误差分析,并利用激光跟踪仪标定本系统,最后对典型零件进行形状误差测量试验,试验证明该系统可以满足10等级公差范围的典型零件形状误差测量要求,可以应用于航空大公差范围的平面结构件测量。
【关键词】：PSD 形状误差 激光跟踪 控制系统 μC/OS-II
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 国内外发展现状15-17
• 1.2.1 激光跟踪系统国内外发展现状15-16
• 1.2.2 形状误差评定方法国内外研究现状16-17
• 1.3 主要内容和章节安排17-20
• 1.3.1 主要内容17-18
• 1.3.2 论文章节安排18-20
• 第二章 DSOT-PSD系统原理20-31
• 2.1 DSOT-PSD系统整体介绍20-22
• 2.1.1 DSOT-PSD系统组成20-22
• 2.1.2 DSOT-PSD系统测量过程22
• 2.2 空间三角法原理及应用22-23
• 2.2.1 空间三角法原理22-23
• 2.2.2 空间三角法原理在DSOT-PSD系统中的应用23
• 2.3 坐标变换原理及应用23-26
• 2.3.1 坐标变换原理23-25
• 2.3.2 坐标变换原理在DSOT-PSD测量系统中的应用25-26
• 2.4 典型零件形状误差评定方法26-30
• 2.4.1 最小二乘法26-29
• 2.4.2 最小条件法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 DSOT-PSD系统硬件设计31-43
• 3.1 硬件总体设计31-32
• 3.2 DSOT-PSD系统运动控制单元32-34
• 3.2.1 运动控制卡33
• 3.2.2 电机驱动器33-34
• 3.3 DSOT-PSD系统信息采集单元34-41
• 3.3.1 微控制器34-35
• 3.3.2 角度信息采集35-37
• 3.3.3 位置信息采集37-40
• 3.3.4 无线通讯模块40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 DSOT-PSD系统软件设计43-53
• 4.1 软件总体设计43-45
• 4.2 上位机软件设计45-49
• 4.2.1 系统控制模块45-46
• 4.2.2 数据显示模块46-47
• 4.2.3 数据处理模块47-49
• 4.3 下位机嵌入式软件设计49-52
• 4.3.1 μC/OS操作系统简介49
• 4.3.2 嵌入式软件工作流程49-50
• 4.3.3 STM32资源分配50-51
• 4.3.4 功能模块的实现51-52
• 4.4 上下位机通信的实现52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 误差分析与标定53-67
• 5.1 误差分析53-59
• 5.1.1 机械误差53-55
• 5.1.2 光斑偏离PSD几何中心误差55-58
• 5.1.3 测针位姿误差58-59
• 5.2 不确定度分析59-61
• 5.2.1 测量过程不确定度分析59-60
• 5.2.2 误差评定过程不确定度分析60-61
• 5.3 DSOT-PSD系统标定61-66
• 5.3.1 PSD传感器标定61-64
• 5.3.2 转镜中心距离标定64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 典型零件形状误差测量的试验研究67-72
• 6.1 试验对象67-68
• 6.2 平面度误差测量试验68-69
• 6.3 平面内直线度误差测量试验69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 论文总结72
• 7.2 工作展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文78-79
• 附录 试验测量数据79-81

【参考文献】

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本文编号：756235