基于准CAD模型的CMM自动测量技术研究

发布时间：2017-03-20 22:08

  本文关键词：基于准CAD模型的CMM自动测量技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 三坐标测量机CMM (Coordinate Measuring Machine)以其独特的测量方式,满足对形状误差和位置误差等众多加工参数测量的要求,随着计算机数控化开发,使得CMM测量自动化成为现实。在安排CMM测量路径时,根据被测曲面特征,将曲面分为已知数学模型和未知数学模型的曲面。前者易于实现CMM的自动测量规划,操作相对成熟和稳定,而后者操作比较困难,测量误差比较大。本文以未知模型曲面的CMM测量为研究重点,提出采用准CAD模型规划CMM测量路径。根据激光扫描仪测量速度快,测量方便等优点,采用激光扫描仪采集数据,通过对测量数据进行数据拼合、数据处理、坐标系建立等操作,建立准CAD模型,以准CAD模型为连接纽带,用于解决未知模型曲面难于安排CMM测量路径的难题。 本论文首先分析CMM的系统误差:即机械结构误差、温度误差、探头探测误差、软件算法误差和测量误差等五个方面;分析CMM的系统参数设置:即探针的选择、探测距离的设置,探针旋转角度的设置、探针运动速度四个方面对精度的影响。采用三点共圆理论选用适合的探针。对三坐标测量机的路径规划提出五点建议,其中针对物体对称性和重叠性的特点,以叶轮为例,阐述采用对称性进行CMM路径规划的优越性。 其次分析激光扫描仪的系统误差:即机械系统误差、标定误差、光学系统误差、系统拼合误差等四个方面;分析激光扫描仪系统参数设置对精度的影响。通过分析和试验验证,确定了倾斜角度和工件焦距设置位置这两个影响测量误差的主要因素,以此为输入样本,建立BP神经网络模型,实现测量误差的软件补偿。试验证明,此方法在很大的程度上对误差进行补偿,提高了测量精度。 在分析现有CMM测量路径算法的基础上,根据准CAD模型特点,本文提出基于准CAD模型的矢量相似淘汰算法,此算法是根据测量邻近点之间的曲率变化关系,优化测量点,规划CMM测量路径。以VC++6.0为平台,建立DMIS程序仿真检验平台。试验证明,经过仿真检验平台检验调试的DMIS程序,可以直接运用到CMM测量中,并取得了良好的测量效果。 本文在研究国内外叶片测量现状的基础上,针对未知模型叶片,采用准CAD模型安排CMM路径规划,与传统测量方式相比,此方式提高了测量效率和测量精度。
【关键词】：三坐标测量机 激光扫描仪 准CAD模型 DMIS 神经网络 软件补偿 VC++仿真 叶片测量
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH721
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 三维测量技术9-11
• 1.1.1 三维测量技术的分类9
• 1.1.2 三维测量技术的测量特点9-11
• 1.1.3 三维测量技术的运用11
• 1.2 三维测量技术的研究现状11-12
• 1.2.1 三维测量规划的研究现状11-12
• 1.2.2 三维数据误差修正的研究现状12
• 1.3 课题背景和主要研究内容12-15
• 1.3.1 本课题的研究背景12-13
• 1.3.2 本课题的主要研究内容13-15
• 第二章 CMM 测量技术研究15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 三坐标测量机的工作原理15
• 2.3 三坐标测量机的系统误差分析15-19
• 2.3.1 机械结构误差16-17
• 2.3.2 温度误差17
• 2.3.3 探头探测误差17-18
• 2.3.4 软件算法误差18
• 2.3.5 测量方法误差18-19
• 2.4 三坐标测量机系统参数设置19-22
• 2.4.1 探针的选择19-20
• 2.4.2 探测距离的设置20
• 2.4.3 探针运动速度20-21
• 2.4.4 探针旋转角度的设置21-22
• 2.5 探针的选择22-25
• 2.5.1 探针参数设置的正交试验22-23
• 2.5.2 三点共圆的探头半径选择算法23-25
• 2.6 三坐标测量机测量路径规划25-28
• 2.6.1 测量坐标系统一25
• 2.6.2 将规则部分和不规则部分分开25-26
• 2.6.3 表面孔域补凸后再进行测量26
• 2.6.4 检测点的分布26
• 2.6.5 物体的对称性和重叠性26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 激光扫描仪测量技术研究29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 激光扫描仪的工作原理29
• 3.3 激光扫描仪的系统误差29-30
• 3.3.1 机械系统误差29
• 3.3.2 标定误差29
• 3.3.3 光学系统误差29-30
• 3.3.4 系统拼合误差30
• 3.4 激光扫描仪系统参数设置30-33
• 3.4.1 倾斜角度的影响30-31
• 3.4.2 工件的焦距设置位置31-32
• 3.4.3 激光强度对误差的影响32
• 3.4.4 表面显像剂对精度的影响32
• 3.4.5 扫描间距对精度的影响32-33
• 3.5 BP 算法的误差补偿33-39
• 3.6 激光扫描仪测量路径规划39
• 3.7 本章小结39-40
• 第四章 准CAD 模型的建立40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 准CAD 模型的建立流程40
• 4.3 数据采集40-42
• 4.4 数据拼合42-43
• 4.5 数据处理43-45
• 4.5.1 异常点处理43
• 4.5.2 数据平滑43-44
• 4.5.3 数据精简44-45
• 4.6 坐标系建立45-46
• 4.7 本章小结46-47
• 第五章 基于准CAD 模型的CMM 自动测量47-57
• 5.1 引言47
• 5.2 CMM 测量模式47-48
• 5.2.1 联机编程47
• 5.2.2 脱机编程47
• 5.2.3 自动编程47-48
• 5.3 DMIS 程序48-49
• 5.3.1 DMIS 程序主单元48
• 5.3.2 DMIS 程序子单元48-49
• 5.4 CMM 测量路径规划的基本要求49-50
• 5.5 基于准CAD 模型的CMM 检测路径参数设置50-54
• 5.5.1 触测矢量的算法50-52
• 5.5.2 矢量淘汰算法确定测量点52-53
• 5.5.3 定位点的确定53-54
• 5.5.4 安全点的确定54
• 5.6 CMM 自动测量模拟仿真流程54-55
• 5.7 CMM 自动测量结果分析55-56
• 5.8 本章小结56-57
• 第六章 汽轮机叶片叶型的CMM 自动测量57-64
• 6.1 引言57
• 6.2 叶型测量原理57-58
• 6.3 叶型的国内外测量58-60
• 6.3.1 标准样模法58
• 6.3.2 投影仪测量法58-59
• 6.3.3 叶片自动绘图测量法59
• 6.3.4 三坐标测量机测量法59-60
• 6.4 未知模型叶片的CMM 自动测量60-63
• 6.4.1 叶片仿真测量实例60-62
• 6.4.2 基于准CAD 模型的CMM 自动测量结果分析62-63
• 6.5 本章小节63-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 本文的主要工作和贡献64-65
• 7.1.1 论文的主要工作64
• 7.1.2 论文的创新点64-65
• 7.1.3 论文存在的不足65
• 7.2 后续研究工作展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文71

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 丁志耀;张俐;李东升;王延忠;;面齿轮齿面检测路径规划方法研究[J];机床与液压;2011年17期

2 李涛;陈余庆;李鹏;;基于复合测头的工件加工在机测量技术研究[J];机床与液压;2011年21期

3 陈余庆;李涛;李鹏;王文超;;基于对象几何特征的触发检测路径规划[J];组合机床与自动化加工技术;2011年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 胡建峰;汽车车身三坐标测量与数据处理的研究[D];湖南大学;2011年

2 丁雷;基于CAD的曲面零件几何测量规划方法[D];大连理工大学;2013年

3 郝鹏君;基于NURBS的汽轮机叶片建模和测量技术的研究[D];南京农业大学;2012年

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本文编号：258538