高精密球冠表面轮廓测量理论研究

发布时间：2017-04-12 02:06

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【摘要】：在经济社会高速发展的现代化进程中,高精密球面面型构件已广泛应用于精密工程、国防、航天等各个领域,且往往需制备成小弓高型球冠(简称小球冠)。综合分析球冠型构件的表面轮廓特性及拟合要求,对数据测量点进行布局规划、优化处理、拟合寻优算法改进以及误差规律辨识等,是本课题的研究重点。下面是本课题的主要研究内容:1)表面轮廓测点布局研究及优化处理分析。通过对现有的测点布局方法及数据优化处理方案进行简述,明确现有布局方法及优化处理方案的研究现状,了解其应用程度和范围;基于球冠表面轮廓的形貌特征,综合现有方法及方案,比较测点路径的优劣,拟定递增步长的圆周子午线式测点采样为本课题测点规划布局方式;基于测点数据准确性、稳定性、高效性等要求,分析测量点的布局规律,通过双正交小波信号分析手段,消除存在于测量数据点中的异常提取点以及普通提取点,提高测点数据采集精度。2)拟合寻优算法的研究分析。在最小二乘拟合算法基础上加入球坐标系思想,对球面面型构件进行拟合寻优,初步定位拟合球心及球径;结合二分缩小步长趋近拟合理想点的原理,提出改进切分寻优算法;根据最小包容区域准则,结合矩阵变换理论,实现球坐标系下球径坐标寻优算法的拟合位置趋近。确定了所提的两种误差寻优算法的合理性与有效性。3)误差规律研究分析。基于球面几何误差、系统误差、探测系统预行程误差及非重复性误差等参数,根据测量探针与被测球冠接触的测量样式,主要介绍了误差辨识概念、残余测量误差的分析,并建立了一种误差辨识模型。4)仿真实验验证。基于Matlab仿真环境、测量数据优化处理实例,验证双正交小波应用效果;通过对切分寻优算法、球径坐标寻优算法的实例研究,就仿真结果与相关文献的结论进行对比分析,证明了所提寻优算法可以有效进行精确的拟合评定。算法可提高误差收敛速率,并在算法稳定性上有显著优势。
【关键词】：球面面型 测点布局规划 数据优化处理 拟合寻优算法 误差辨识
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG806
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及应用领域10-12
• 1.2 国内外研究现状及发展动态分析12-17
• 1.2.1 测点布局与数据优化处理方面13-14
• 1.2.2 智能误差寻优算法方面14-16
• 1.2.3 误差规律辨识与模型建立方面16-17
• 1.3 课题研究的意义与目标17-18
• 1.3.1 研究意义17
• 1.3.2 研究目标17-18
• 1.4 论文的主要研究内容18-20
• 第二章 表面轮廓测点布局研究及优化处理分析20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 测点布局及优化处理20-21
• 2.2.1 测点布局21
• 2.2.2 数据优化处理21
• 2.3 测点布局方案研究分析21-25
• 2.3.1 子午线式测量采样22-23
• 2.3.2 光栅式测量采样23-24
• 2.3.3 圆周式测量采样24-25
• 2.4 数据优化处理方案研究分析25-28
• 2.4.1 异常噪声点优化处理分析25-26
• 2.4.2 普通噪声点优化处理分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 最小二乘拟合算法的研究及对比分析29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 笛卡尔坐标系下最小二乘拟合的研究分析29-33
• 3.2.1 笛卡尔坐标系下拟合公式推导29-30
• 3.2.2 笛卡尔坐标系下拟合参数确定30-33
• 3.3 球坐标系下最小二乘拟合的研究分析33-37
• 3.3.1 球坐标系下拟合公式推导33-35
• 3.3.2 球坐标系下拟合参数确定35-37
• 3.4 两坐标系下最小二乘拟合算法仿真对比分析37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 表面轮廓拟合寻优算法的研究分析40-48
• 4.1 引言40
• 4.2 切分寻优算法的研究分析40-42
• 4.3 球径坐标寻优算法的研究分析42-47
• 4.3.1 算法理论基础及轨迹规划43-44
• 4.3.2 矩阵变换模型44-45
• 4.3.3 拟合寻优模型45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 球冠误差辨识研究分析48-54
• 5.1 引言48
• 5.2 误差辨识分析48-51
• 5.2.1 残余测量误差分析48-50
• 5.2.2 误差辨识机制50-51
• 5.3 误差辨识模型建立51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 仿真验证及对比分析54-62
• 6.1 引言54
• 6.2 仿真试验验证54-58
• 6.2.1 数据优化处理仿真分析54-57
• 6.2.2 寻优算法仿真试验57-58
• 6.3 拟合算法对比分析58-61
• 6.4 本章小结61-62
• 第七章 结论与展望62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科技成果68-69
• 致谢69-70
• 附录Ⅰ70-77
• 附录Ⅱ77-81

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本文编号：300457