叶片复杂曲面测量系统研究

发布时间：2017-05-16 16:06

  本文关键词：叶片复杂曲面测量系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：叶片特殊的动力学性能促使其在水轮机、汽轮机、航空发动机、风力发电机等装备上应用广泛，特殊的合金材料、优质的加工质量保证叶片能够在高温、高压、高腐蚀等恶劣环境下长期工作。随着我国工业化水平的提高，航空航天、水利、电力等方面对叶片的质量和数量都提出了更高的要求。吉林大学智能精密制造研究所针对叶片类复杂曲面的测量，开发了非接触三坐标测量机对单叶片进行测量，并对整体叶盘磨抛测一体化机床的测量系统进行研究开发。本文利用已经搭建完成的非接触三坐标测量机，实现了对汽轮机单叶片的测量，同时对测量系统进行误差分析和精度标定。在整体叶盘磨抛测一体化的测量系统研究中，从测量系统的硬件结构设计、硬件选型、数学模型建立、测量路径规划、测量过程仿真等方面展开对整体叶盘测量系统的研究工作。 单叶片的开阔性好，测量过程容易实现，因而测量方法较多。本文针对汽轮机的单叶片测量开发了离线非接触三坐标测量机，介绍测量系统的结构和硬件系统，硬件包括伺服电机、运动控制卡、导轨、激光位移传感器、PC机、电控柜等。叙述测量系统的软件控制和测量过程的实现，软件需控制机床的各轴运动、获取激光位移传感器的数据信息、输出并存储记录的坐标值。分析非接触三坐标测量机的误差，利用二维球列板法对三轴的综合误差进行测量，并建立三坐标测量机的误差模型、利用激光干涉仪对三轴的21项误差进行测量，，计算各轴的综合误差，通过两种方法的对比验证，对机床精度进行标定。 在整体叶盘在线测量系统研究过程中，对测量系统的结构进行设计，从控制过程实现的难易、与加工侧控制的相互配合以及安装调试等方面确定结构形式。在确定测量系统结构的基础上，综合考虑应用场合和系统参数，选择合适的测头系统和测座。 为了实现对整体叶盘测量的目的，五轴联动机床需要配合运动，五轴移动的位移需要通过测位信息计算出来。本文建立整体叶盘测量系统的数学模型，通过运动链的分析和坐标系的建立，推导出由测位信息转变成五轴位移信息的公式。 目前整体叶盘的研究主要针对加工过程中的刀位轨迹和刀轴控制，在测量方面的研究较少，在测量时还需要考虑效率、成本、精度等因素。在线测量相对于三坐标测量机而言，减轻了工件拆卸和装夹的工作量，同时避免了由此所带来的误差。本文针对整体叶盘加工与检测一体化五轴机床的在线测量路径规划开展研究。首先提出了测量截面线数和控制点数的确定方法。在此基础上对优化后的测量数据点进行区域划分，在每个区域里对测轴矢量进行优化，使得测轴以最少的姿态完成测量。然后根据规划的截面线、控制点以及测轴矢量，选择测量的最短路径。最后利用CATIA进行仿真，验证测量路径规划的正确性。
【关键词】：叶片 整体叶盘 测量系统 坐标变换 路径规划 精度标定 测轴优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH721
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-14
• 1.1.1 课题研究背景10-13
• 1.1.2 课题研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 精密测量技术的研究现状与进展14
• 1.2.2 叶片复杂曲面测量系统研究现状与趋势14-20
• 1.3 本文主要研究内容20-22
• 第2章 单叶片离线测量系统的开发研究22-36
• 2.1 单叶片测量系统的硬件设计22-24
• 2.2 离线测量系统软件控制方案开发24-26
• 2.3 单叶片“Z”路径测量实验结果26-27
• 2.4 离线非接触测量系统精度标定的实验研究27-34
• 2.4.1 离线非接触测量系统的二维球列板精度标定法27-29
• 2.4.2 离线非接触测量系统误差建模29-32
• 2.4.3 离线非接触测量系统的激光干涉仪精度标定法32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 整体叶盘在线测量系统的研究36-44
• 3.1 测量系统结构设计36-38
• 3.2 整体叶盘在线测量系统硬件的分析与构建38-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 整体叶盘测量系统数学建模44-54
• 4.1 测头双转动结构各轴运动求解44-46
• 4.2 工作台双转动结构各轴运动求解46-49
• 4.3 测头和工作台转动各轴运动求解49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 整体叶盘在线测量路径规划54-66
• 5.1 测量截面线和控制点的确定55-58
• 5.1.1 截平面经验法确定测量截面线56-57
• 5.1.2 弦公差法优化测量控制点数57-58
• 5.2 扇形无干涉区域法优化测轴矢量58-62
• 5.3 迭代整体叶盘单叶片最短测量路径的选择62-63
• 5.4 整体叶盘测量路径的 CATIA 仿真实验63
• 5.5 本章小结63-66
• 第6章 结论66-68
• 参考文献68-74
• 科研成果74-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 孙克;沈兴全;;激光干涉仪在数控机床几何误差检测与识别技术中的应用[J];现代制造工程;2010年01期

2 董红磊;;精密加工与精密测量技术的发展[J];宇航计测技术;2008年06期

3 姬俊锋;周来水;安鲁陵;李桂东;;一类开式整体叶轮五坐标数控加工刀轴矢量生成及其光顺方法的研究[J];中国机械工程;2009年02期

4 汪文虎;刘晓辉;隽英昌;杨应昌;;基于知识推理的导向器叶片单元体精铸模具分模技术研究[J];铸造;2007年06期

5 黄艳松;马俊文;冯保东;;先进焊接技术在发动机整体叶盘修复中的应用[J];新技术新工艺;2012年08期

6 范晋伟;蒙顺政;罗建平;李伟;雒驼;;五轴联动车铣复合加工中心误差补偿技术的研究[J];组合机床与自动化加工技术;2012年09期

7 曹洪涛;沈金华;张宏韬;赵海涛;杨建国;Charles Wang;;三维空间定位精度的高效测量与补偿及校验[J];现代制造工程;2006年01期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 王伟丽;纳米三坐标测量机机械结构及接触式测头技术研究[D];合肥工业大学;2008年

2 冀世军;反求工程的NURBS曲面拼接与拟合技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 赵磊;航空发动机整体叶盘的测量[D];天津大学;2012年

4 王晨晨;异端类型三坐标测量机结构原理及误差修正技术研究[D];合肥工业大学;2012年

  本文关键词：叶片复杂曲面测量系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：371271