非完整圆轮廓测量与轴线倾斜补偿技术研究

发布时间：2019-08-27 16:55

【摘要】：高端装备制造业的快速发展,促使超精密圆柱形回转体类零件的需求量激增,同时对这类零件的测量精度也提出了更为严格的要求。但一方面目前很多圆柱形试件的截面圆轮廓为非完整圆,传统的圆度评定方法对于非完整圆轮廓的评定存在较大的原理误差;另一方面,圆柱试件测量中,其空间位姿的调整精度依赖并受限于调整定位机构,即使利用调心/调倾机构进行精确调整后,由于驱动和定位误差等因素,仍存在较大的轴线倾斜残余误差。为解决上述问题,本课题针对非完整圆轮廓的圆度评定和圆柱度测量中的轴线倾斜误差分离与补偿技术开展了理论分析、仿真和实验研究,并完成了以下研究工作:建立了非完整圆轮廓圆度误差评定模型,研究了基于最小二乘原理的代数拟合方法,并通过半径约束对其改进,在此基础上实现了无轮廓数据补偿的圆度评定。对该模型的数值仿真与实验结果表明,无补偿与补偿轮廓数据后再进行圆度评定方法相比,所提出的方法在缺口小于50%,以及含有较大偏心的情况下精度更高,且更为稳定。提出了圆柱度测量中试件轴线倾斜误差分离方法,该方法的基本原理是通过空间直线拟合获得轴线倾斜量,并建立包含倾斜误差在内的圆柱轮廓测量模型,基于该模型分析了倾斜误差随采样角和工件尺寸变化的规律;在此基础上建立了误差补偿模型,可通过对测量数据的逐点补偿,将倾斜误差从原始测量数据中分离出来;实验结果表明,在倾斜角小于300″内均能有效的分离出轴线倾斜量,且分离误差小于5%,可以准确获得被测轮廓真实特征。开发了非完整圆轮廓的圆度评定以及圆柱轴线倾斜误差补偿方法软件包,该软件包基于VS平台和C#语言编写,包含有测量数据采集传输、测量过程控制、测量数据处理,以及测量结果图形打印与存储等功能模块,该软件包已植入圆柱度测量仪中用于实际测量工作。
【图文】：

图 2-1 Limcaon 最小二乘圆测量模型X 轴方向的分量为 a，，沿 Y 轴方向的分量为 b整后的偏心量 e相对工件半径是极小的，因式（2-1）变为：cos( ) cos sini i oi i i oir e r a b r得到最小二乘条件的目标函数为：2 0 1 1( , , ) ( cos sin n ni i ii if a b r d r a b 二乘圆半径(即理想拟合圆的半径)。，分别进行微分，可以得到如下方程组01012 cos ( cos sin ) 02 sin ( cos sin ) 02 ( cos sin ) 0ni i iini i iinfr a b rafr a b rbfr a b r

表 2-2 KASA 方法与改进方法拟合结果对比圆弧角度(°) KASA 拟合半径(mm) 改进 KASA 拟合半径(mm)理想半径(mm)360 10.000 10.000 10270 10.000 10.000 10180 10.000 10.00010120 10.000 10.000 1090 10.000 10.000 1060 10.000 10.000 1030 10.000 10.000 1015 10.000 10.000 1010 10.000 10.000 107 10.000 10.000 105 10.000 10.000 103 9.993 10.002 101 9.319 10.019 10
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG806

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本文编号：2529885