便携式三坐标测量系统构建方法探讨

发布时间：2020-10-28 05:27

　　 坐标测量设备现代生产中应用日益广泛。主流的坐标测量设备价格昂贵、养护使用条件苛刻。针对于此,本项目研究一种便携式三坐标测量系统,在经济性和测量精度的平衡中,该系统更倾向于前者,以为多样化的测量需求提供更多的选择。该便携式三坐标测量系统可以为小型零件的测量提供一个灵活性、通用性好的测量平台;可以作为超精密测量机(如纳米三坐标)的精细进给部件的承载机构;经济型的版本也可以作为需求日益增长的三坐标测量机应用教学的载体。论文围绕便携式三坐标测量系统的构建展开,对系统的整体要求、构建路线、及各个子系统进行详细地分析介绍;给出相应的解决方案及其评估;对系统原型的搭建、调试和应用测试过程中的关键问题进行了分析讨论。关于各个子系统的论述包括:在机械系统部分,分析主流测量主机的机械结构布局及测头等关键部件,提出基于改装PPCNC(Personal Portable CNC machine)平台的测量主机构建方案,并介绍该方案在实现中的部分关键问题,如偏转校正等,分析该结构的主机的误差模型及重力等外部因素的影响;在电气系统与控制系统部分,提出了基于Grbl控制器的电气系统及控制系统解决方案,介绍了电源、驱动等模块,各模块的连接,以及针对Grbl的二次开发;在软件系统部分,分析“通用测量软件加I++DME接口”的解决方案,及其实现过程中的关键问题,如通用测量软件的选择、I++DME接口协议、测量设备对象模型、TCP/IP通信、串口通信等。在项目中完成了便携式三坐标测量系统原型的搭建,包括完成基于PPCNC的主机改装,完成电气系统的搭建测试,用C#实现针对Grbl控制器的I++DME接口程序的开发等。论文将介绍针对原型系统进行脉冲当量、探测接近速度等参数的测定,测头校准,及以球状零件为样例进行的应用测试。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH721
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 三坐标测量机简介
    1.2 三坐标测量设备的现状和发展趋势
    1.3 相关的标准
    1.4 本课题的意义及主要内容
    小结
第2章 整体方案
    2.1 三坐标测量机的基本组成
    2.2 设计要求与难点
    2.3 主要部件的解决方案
    小结
第3章 机械系统与测量系统
    3.1 三坐标测量机的机械系统
        3.1.1 基本的分类
        3.1.2 机械系统的主要部件
        3.1.3 常见的主机结构形式
    3.2 三坐标测量机的测量系统
        3.2.1 标尺系统
        3.2.2 探测系统
    3.3 PPCNC平台的CMM改装概述
        3.3.1 PPCNC的坐标系
        3.3.2 PPCNC机械结构及其改装思路
    3.4 机械结构的改装
        3.4.1 具体方案
        3.4.2 测头连接器设计
        3.4.3 工作台的偏转校正
        3.4.4 探测系统装调
    3.5 主机结构差异分析
        3.5.1 阿贝误差
        3.5.2 重力的影响
    3.6 主机误差模型
    小结
第4章 电气系统与控制系统
    4.1 PPCNC的电气系统及其改装概述
    4.2 电源模块
    4.3 驱动模块
        4.3.1 电机
        4.3.2 驱动器
        4.3.3 细分设置及理论脉冲当量计算
    4.4 控制系统
        4.4.1 三坐标测量机的控制系统概述
        4.4.2 控制系统选择
        4.4.3 Grbl数控系统
        4.4.4 Grbl控制器接线
    小结
第5章 I++DME协议分析
    5.1 I++项目简介
    5.2 测量系统的物理模型
    5.3 逻辑模型布局
    5.4 传输层模型
    5.5 对象模型
    5.6 通信协议
    小结
第6章 I++接口实现
    6.1 接口程序概述
DME类'>    6.2 测量设备对象模型与Obj_DME类
        6.2.1 参考DME对象模型
        6.2.2 构建实际测量设备的对象模型
DME类及其实例初始化'>        6.2.3 Obj_DME类及其实例初始化
Controller类'>    6.3 Obj_Controller类
        6.3.1 串口通信格式属性
        6.3.2 Grbl系统控制参数属性
        6.3.3 Grbl的配置命令
Controller的构造函数'>        6.3.4 Obj_Controller的构造函数
    6.4 TCP/IP通讯实现
        6.4.1 C#平台下的 TCP/IP 通信概述
        6.4.2 I++的事件和命令处理流程
        6.4.3 I++的TCP/IP服务器实现
    6.5 与控制系统的通信
        6.5.1 C#中的串口通信
        6.5.2 与控制器通信的实现
        6.5.3 Grbl系统发送的信息
    6.6 关键功能的实现
        6.6.1 命令行处理函数
        6.6.2 应答行生成函数
        6.6.3 轴的一般移动
        6.6.4 探测指令
    6.7 主窗体
    小结
第7章 机器调试及应用
    7.1 测量软件的连接
    7.2 实际脉冲当量测定
    7.3 测头的工作特性
    7.4 测头校准
    7.5 基本测量
    小结
总结与展望
参考文献
附录
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 闫峰;;三坐标测量机在航空发动机叶片型面检测中的应用[J];科技与企业;2015年02期

2 黄强先;余夫领;宫二敏;王晨晨;费业泰;;零阿贝误差的纳米三坐标测量机工作台及误差分析[J];光学精密工程;2013年03期

3 石照耀;张斌;林家春;张华;;坐标测量技术半世纪——演变与趋势[J];北京工业大学学报;2011年05期

4 石光林;陆维钊;邵以东;;三坐标测量机的计算机辅助测量系统研究[J];广西工学院学报;2006年03期

5 张江华;三坐标数控机床运动误差的分析与检测[J];机械工程师;2005年09期

本文编号：2859658