基于激光动态散斑的高速断续切削面铣刀的应力场测量

发布时间：2017-08-31 19:30

  本文关键词：基于激光动态散斑的高速断续切削面铣刀的应力场测量

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【摘要】：激光数字散斑测量作为一种精密的测量方式正在被应用到工程测量的各个领域中去,在研究高速断续切削下面铣刀刀具变形应用方面,该种测量方式利用的显然不够成熟,随着科技的不断发展,测量装置硬件性能的逐步提高,软件算法的不断改进和优化,图像处理的精度可达到0.01像素级别,而激光散斑测量所特有的非接触性、全区域性和高精度等优点为刀具的形变测量带来了极大的便利。首先,本文提出了散斑测量实验所需要的测量装置的设计方法,搭建了基于FPGA的高速图像数据采集系统,测量装置借助双脉冲绿色激光器,将高速工业CCD、霍尔传感器、FPGA与PC上位机连接,完成了对高速断续切削下的面铣刀刀具表面的散斑图像的采集工作。其次,文中详细介绍了散斑图像处理软件的设计工作,依据数字散斑相关的基本原理,介绍了梯度法求解亚像素的过程,利用VC6.0和MATLAB进行混合编程,生成可实际应用散斑测量的COM组件,并通过两幅加载物体变形散斑图,得出了物体形变后的应变与应力场分布。另外,参照有限元法模拟的相关理论,利用AdvantEdge软件完成了对面铣刀刀具进行高速断续切削加工工况下的模拟仿真,得到了外界环境因素对刀具变形的影响参数,获知了刀具在切削过程中容易产生破损的关键部位。最后,在大型数控加工中心完成了对高速断续切削下面铣刀刀具变形的激光数字散斑测量实验,实验中不断改变主轴转速和进给速度等切削参数获得了相应条件下的散斑图像,并将采集到的散斑图像导入之前设计的图像处理软件,得到了刀具表面的应力场分布。
【关键词】：激光散斑测量 FPGA 散斑图像 面铣刀 有限元 应力场
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 刀具应力场的实验研究和理论研究11-13
• 1.2.2 数字散斑相关方法的应用13-14
• 1.3 本论文主要研究内容14-15
• 第2章 激光散斑测量装置15-24
• 2.1 双脉冲绿色激光器工作原理15-18
• 2.1.1 激光增益介质和Q开关的选用15-17
• 2.1.2 双脉冲绿光的输出17-18
• 2.2 基于FPGA的图像采集与存储系统18-23
• 2.2.1 系统组成18-22
• 2.2.2 CCD的选用22
• 2.2.3 系统的工作机理22-23
• 2.3 数据采集系统的调试23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 散斑图像处理软件设计24-36
• 3.1 散斑相关方法24-29
• 3.1.1 相关搜索方法25
• 3.1.2 亚像素位移的测量方法25-27
• 3.1.3 梯度求解亚像素27-29
• 3.2 数字散斑软件(DSCM)系统的设计29-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 高速断续切削仿真研究36-52
• 4.1 铣削力有限元模型的建立36-39
• 4.1.1 铣削力模型的选用36
• 4.1.2 有限元模拟研究现状36-39
• 4.2 有限元仿真软件的选用39-40
• 4.3 建立有限元模型40-44
• 4.3.1 解析铣削条件下的热力耦合方程40
• 4.3.2 解析铣削条件下的弹塑性应力方程40-41
• 4.3.3 热传导控制方程41-42
• 4.3.4 创建金属切削加工材料的本构模型42-43
• 4.3.5 确立摩擦模型43-44
• 4.4 网格划分44-45
• 4.5 利用AdvantEdge建立铣削有限元模型并实现仿真45-51
• 4.5.1 建立铣削模型45-47
• 4.5.2 仿真结果文件的分析47-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 散斑测量实验52-65
• 5.1 实验设备和条件52-55
• 5.1.1 设备的选用52-53
• 5.1.2 实验步骤53-55
• 5.2 仿真实验55-56
• 5.3 散斑图像处理56-61
• 5.3.1 刀具表面图像处理56-58
• 5.3.2 其他数据采样分析58-61
• 5.4 散斑测量装置的改进61-64
• 5.4.1 测控系统的小型化和一体化61-63
• 5.4.2 构建三维模型63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 总结与展望65-66
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 赵贤相;谭光宇;张玉华;冯新敏;;基于元胞自动机的铣刀片应力场分析[J];工具技术;2009年04期

2 董丽华,袁哲俊,李振加,严复钢;铣刀片的应力场分析[J];工具技术;1999年03期

3 任晨纲;梁永辉;于起峰;;基于散斑成像技术的扩展目标高分辨率复原[J];光子学报;2014年02期

4 黄志刚,柯映林,董辉跃;基于正交切削模拟的直齿圆柱铣刀前角优化[J];浙江大学学报(工学版);2005年06期

5 姜浩智;廖宁华;;VC++与MATLAB混合编程的实现方法[J];中国高新技术企业;2010年09期

6 黄传真,李兆前,艾兴;断续切削中刀具应力的激光检测[J];硬质合金;1996年01期

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本文编号：767485