高精度内径测量系统的研究与设计

发布时间：2017-04-11 14:21

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【摘要】：在管状工件的制造过程中，由于加工技术的条件制约，管状工件会存在一定的形位误差和尺寸误差，为了保证管状工件的内径尺寸符合实际的应用要求，并且根据被测工件的自身特点和测量要求，例如测量的工件为长管道，内部环境复杂，测量参数较多，精度要求较高等特点，本文研究并设计了以爬行器为运载装置，，激光位移传感器为测量装置的内径测量系统。 本文基于激光三角位移检测原理，提出了一种用于复杂管状工件的光电非接触检测方法，并研制了检测系统。本文论述了系统的组成和总体结构，对管状工件的内径尺寸的检测方法、系统检测原理进行了理论分析，并建立了相应的数学模型。为了确保测量系统的可靠性，本文分析了测量系统的误差，对系统做了优化设计，其中的关键技术为：爬行器的自动定心性以及自适应性的设计、标测一体化系统的设计、姿态校正系统的设计等等； 本文详细的阐述了系统的硬件组成，主要包括激光位移传感器的选型、数据采集卡的选型、步进电机的选型等等，并对其性能指标进行了详细的分析；详细介绍了对激光位移传感器，数据采集卡等设备的标定过程；并且采用相关的数据处理算法对数据进行处理与分析。 最后，经过实际验证，设计的测量系统各项指标均已达到了系统设计的技术指标，能够满足实际测量的需要。
【关键词】：内径测量 管道 爬行器 激光位移传感器 标测一体化 姿态校正
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP274;TH711
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-12
• 1.1 课题来源、研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.3 本文主要工作以及章节安排10-12
• 1.3.1 本文主要工作10
• 1.3.2 本文章节安排10-12
• 第二章 系统的总体方案设计与分析12-19
• 2.1 管状工件内径测量原理及数学模型12-14
• 2.2 测量系统总体设计14-15
• 2.3 测量系统各模块子系统的设计15-16
• 2.3.1 爬行运载定位子系统15
• 2.3.2 数据采集与控制子系统15-16
• 2.3.3 数据处理分析子系统16
• 2.4 系统设计中的关键技术16-17
• 2.5 系统的主要器件组成17-18
• 2.6 本章总结18-19
• 第三章 测量系统的优化设计与分析19-37
• 3.1 机械系统的总体设计19-27
• 3.1.1 激光位移传感器的选型与安装20-21
• 3.1.2 激光位移传感器稳定性测试21-23
• 3.1.3 步进电机的选型23
• 3.1.4 导电滑环23-24
• 3.1.5 数据采集卡的选型24
• 3.1.6 数据采集卡稳定性测试24-27
• 3.1.7 激光测距传感器的选型27
• 3.2 爬行器的自动定心性以及自适应性的设计27-29
• 3.3 标测一体化系统的设计29-30
• 3.4 姿态校正系统的设计30-33
• 3.4.1 倾角传感器的选型31
• 3.4.2 PSD 位置传感器的选型31-32
• 3.4.3 姿态校正系统的数学模型32-33
• 3.5 软件系统的设计33-36
• 3.5.1 数据测试及显示模块35-36
• 3.5.2 报表输出模块36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 系统误差分析与测试数据的处理37-49
• 4.1 系统装配标定及校准37-40
• 4.1.1 激光位移传感器的安装误差的标定37-38
• 4.1.2 激光位移传感器发射光束偏心误差的标定38-39
• 4.1.3 系统静态稳定性标定39
• 4.1.4 测量系统的环规标定校准设计39-40
• 4.2 数据处理算法理论分析40-42
• 4.2.1 中值滤波40-41
• 4.2.2 最小二乘法拟合圆获取内径参数41-42
• 4.3 标定系统的数据处理42-46
• 4.4 实测系统的数据处理46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 总结49-50
• 参考文献50-52
• 攻读硕士期间发表论文52-53
• 致谢53

【参考文献】

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本文编号：299287