特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的误差建模与测量不确定度分析

发布时间：2017-06-04 17:14

  本文关键词：特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的误差建模与测量不确定度分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：特大型齿轮激光跟踪在位测量系统采用两台测量仪器（激光跟踪仪与三维测量平台）相结合，有效利用激光跟踪仪的大尺寸测量能力，以及三维测量平台的高精度。本文首先根据测量原理，解决了系统测量实施中的一系列关键问题，建立了测量系统的误差传递模型。在误差传递模型的基础上，采用蒙特卡洛方法实现了面向对象的测量不确定度评定。 本课题研究的测量系统采用了“以小测大”的设计理念，使得对大尺寸的测量更为灵活，同时也使实施方案比传统单一测量仪器较为复杂。本文以测量原理为基础，测量方案实施流程与细则为导向，建立了测量系统的误差传递模型。本课题研究的测量系统包含的误差源多，传播关系复杂，传统的评定方法大都缺乏实用价值或可靠的理论依据。使用蒙特卡洛方法评价测量不确定度，首先根据系统中误差源的大小、概率分布以及误差源向测量结果的传播关系建立误差模型，然后将测量中的采样点通过该模型生成大量测量样本；用误差评定软件对这些样本进行误差评定，得到大量的评定结果。对这些评定结果统计分析，得到针对特定误差项的测量不确定度。该方法模拟了现实测量中误差的分布与传递过程，同时避免了误差源对测量结果的灵敏系数的求解。研究结果表明对齿轮误差项进行多次评定时，具有可靠的理论依据和较稳定的评定结果。目前商用坐标测量仪器大都不能为特定的测量提供测量不确定度报告，在测量系统中使用多台此类仪器，且测量方案较复杂时，，蒙特卡洛方法具有极高的优越性。
【关键词】：不确定度 蒙特卡洛方法 误差分解 误差模型
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 特大型齿轮测量技术的发展和现状10-14
• 1.2.1 齿轮的分类10-11
• 1.2.2 齿轮测量仪器的分类11-12
• 1.2.3 齿轮测量中心12-13
• 1.2.4 三坐标测量机13-14
• 1.3 测量不确定度评价方法14-16
• 1.3.1 常用评价方法14-15
• 1.3.2 基于蒙特卡洛方法的测量不确定度评定15-16
• 1.4 课题来源及主要研究内容16-17
• 1.4.1 课题来源16
• 1.4.2 主要研究内容16-17
• 第2章 特大型齿轮激光跟踪在位测量系统原理及模型17-31
• 2.1 系统构成与测量原理17-18
• 2.2 齿轮工件坐标系的确定18-22
• 2.2.1 确定 Z 轴方向18-20
• 2.2.2 通过内孔轴线与 XOY 平面确定原点20-21
• 2.2.3 确定 X、Y 轴方向21-22
• 2.3 根据方向向量建立坐标转换矩阵22-23
• 2.4 三维测量平台坐标系的建立23-28
• 2.4.1 直线向量拟合法23
• 2.4.2 整体映射法23-25
• 2.4.3 神经网络方法的应用25-28
• 2.5 激光跟踪仪的测量模型28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第3章 三维平台的误差分析及补偿方法31-55
• 3.1 误差源与误差补偿原理33-35
• 3.1.1 测量系统中的误差源33-34
• 3.1.2 误差补偿原理34-35
• 3.2 三维测量平台的刚体误差模型35-37
• 3.2.1 三维测量平台的刚体误差源35-36
• 3.2.2 三维平台的误差建模36-37
• 3.3 用单台激光跟踪仪分解三维平台机构误差37-51
• 3.3.1 求解误差向量的算法38-40
• 3.3.2 测量方案及单项误差分解算法40-50
• 3.3.3 误差值与误差曲线50-51
• 3.4 热变形误差及建模方法51-53
• 3.4.1 齿轮工件的热变形误差及建模方法51
• 3.4.2 三维测量平台热变形误差及补偿方法51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 测量误差传递模型55-65
• 4.1 激光跟踪仪的测量误差采样55-56
• 4.2 测量系统中坐标系定位误差的影响56-59
• 4.2.1 齿轮工件坐标系的定位误差56-58
• 4.2.2 坐标系拟合误差的影响58-59
• 4.3 虚拟测量中采样路径的现实化59-63
• 4.3.1 受误差影响的实际采样路径60-61
• 4.3.2 渐开线离散方法61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第5章 系统整体的测量不确定度评价65-79
• 5.1 用蒙特卡洛方法评价测量不确定度66-67
• 5.2 测量系统模型的输入67-70
• 5.2.1 获取随机数67-69
• 5.2.2 从已知分布中随机抽样69-70
• 5.3 系统整体的测量仿真流程70-71
• 5.4 仿真系统中的软件设计71-75
• 5.4.1 验证程序设计71-74
• 5.4.2 测量不确定度程序设计74-75
• 5.5 测量系统输出的统计与评定75-78
• 5.5.1 齿廓偏差的评定方法76-77
• 5.5.2 不确定度评定实验77-78
• 5.6 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 附录 A: 刚体误差数据85-87
• 附录 B：机构误差拟合系数87-89
• 附录 C: 单项误差曲线89-93
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文93-95
• 致谢95

【参考文献】

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1 谢华锟;近年来齿轮测量技术与仪器的发展[J];工具技术;2004年09期

2 王立鼎;娄志峰;王晓东;马勇;张玉玲;;超精密渐开线齿形的测量方法[J];光学精密工程;2006年06期

3 张福民;曲兴华;叶声华;;面向对象的大尺寸测量不确定度分析[J];光学精密工程;2008年11期

4 石照耀;张宇;张白;;三坐标机测量齿轮齿廓的不确定度评价[J];光学精密工程;2012年04期

5 张国雄,臧艳芬;对具有固化数据处理软件的三坐标测量机误差修正技术[J];计量学报;1991年01期

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1 王岩;大齿轮在位测量仪结构与控制系统的开发[D];西安理工大学;2007年

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