【摘要】：高精度測(cè)量是精密、超精密加工制造的基礎(chǔ),而螺紋參數(shù)的高精度測(cè)量是計(jì)量領(lǐng)域的一項(xiàng)基本內(nèi)容,有著相當(dāng)廣泛的市場(chǎng)需求。傳統(tǒng)的螺紋參數(shù)測(cè)量方法,如通/止規(guī)校驗(yàn),測(cè)長(zhǎng)機(jī)、千分尺等,或精度有限,或測(cè)量參數(shù)單一,亦或是成本高昂,不能有效滿足計(jì)量市場(chǎng)的需要�；谳喞畔⒌穆菁y參數(shù)綜合測(cè)量成為螺紋檢測(cè)的一項(xiàng)重要手段。相比于視覺影像,激光三角測(cè)量和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)而言,觸針式螺紋輪廓掃描測(cè)量方法以其測(cè)量精度高、可測(cè)螺紋范圍廣和優(yōu)異的性價(jià)比得到了眾多計(jì)量單位的應(yīng)用認(rèn)可。然而,目前這方面的測(cè)量方法和手段還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),很多方法和理論還十分欠缺,需要進(jìn)一步研究和討論。為此,本文以自主研制的觸針掃描式螺紋測(cè)量?jī)x為平臺(tái),從誤差分析的角度,對(duì)螺紋參數(shù)的計(jì)算、誤差校準(zhǔn)和補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)控制等影響螺紋檢測(cè)精度的若干關(guān)鍵技術(shù)展開了深入的研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用多項(xiàng)式樣條插值均勻密化輪廓數(shù)據(jù)點(diǎn),利用穩(wěn)健高斯回歸方法對(duì)螺紋輪廓進(jìn)行低通濾波,得到去除干擾噪聲的輪廓數(shù)據(jù)。提出了一種以相鄰段牙側(cè)線距離方差最小的螺紋中徑線計(jì)算方法,消除了中徑線定義和實(shí)際計(jì)算結(jié)果之間的不一致性�；谠撝袕骄�,分別設(shè)計(jì)了中徑和螺距的計(jì)算方法。(2)運(yùn)用了6自由度齊次坐標(biāo)變換的誤差分析法,研究工件定位誤差對(duì)螺紋中徑的影響,利用Sobol全局靈敏度分析方法,得到各定位誤差對(duì)中徑結(jié)果誤差影響程度的量化數(shù)值,剔除影響較小的因素,有效簡(jiǎn)化函數(shù)模型。基于簡(jiǎn)化的誤差模型,提出了一種兩規(guī)校準(zhǔn)補(bǔ)償方法,并對(duì)該方法的不確定度進(jìn)行了深入的討論。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明:該方法只需要兩個(gè)校準(zhǔn)規(guī),就能確保在夾具支撐的測(cè)量范圍內(nèi),螺紋定位誤差對(duì)中徑結(jié)果的影響小于1μm。相比于單規(guī)校準(zhǔn)方式,兩規(guī)校準(zhǔn)在定位誤差較大時(shí),對(duì)整個(gè)可測(cè)范圍內(nèi)的螺紋規(guī)依然有著良好的測(cè)量精度。(3)提出了基于圖像視覺的觸針檢測(cè)方法,解決了誤差模型中要求觸針繞X軸旋轉(zhuǎn)偏差小于1o的限制問題。綜合角點(diǎn)檢測(cè),輪廓識(shí)別,感興趣區(qū)域的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)和距離校準(zhǔn)等手段,在有運(yùn)動(dòng)背景變化的情況下,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出了觸針尖點(diǎn)的位置,并據(jù)此計(jì)算出觸針繞X軸旋轉(zhuǎn)偏差。結(jié)果顯示角度測(cè)量精度可達(dá)0.0654°,重復(fù)精度可達(dá)±0.16%,能夠有效檢測(cè)和控制觸針繞X軸旋轉(zhuǎn)偏差角度。(4)為減小Z軸直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)負(fù)載,采用平衡氣缸對(duì)探針?biāo)赯軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行配重設(shè)計(jì)。為了滿足高精度輪廓跟隨控制的需要,建立了單作用氣缸對(duì)運(yùn)動(dòng)阻尼力的動(dòng)態(tài)方程,結(jié)合直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,實(shí)現(xiàn)了氣缸配平Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)負(fù)載條件下的運(yùn)動(dòng)控制。充分考慮摩擦力、氣缸阻尼力的綜合作用,對(duì)該非線性系統(tǒng)構(gòu)建了基于非線性力觀測(cè)器的三層復(fù)合控制結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線性部分的補(bǔ)償。仿真和試驗(yàn)的結(jié)果表明,本文提出的改進(jìn)控制模型能夠有效提高位置跟蹤的精度。(5)研究了觸針桿在Z軸速度和加速度不斷變化下,與工件接觸力的變化規(guī)律,結(jié)合振動(dòng)力學(xué)中懸臂梁橫向振動(dòng)的分析,得出了動(dòng)態(tài)掃描過程中,觸針桿彈性變形的變化,以及由此帶來的測(cè)量點(diǎn)位置誤差。結(jié)合電感位移傳感器的遲滯現(xiàn)象,建立了輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)誤差的整體模型,利用遺傳算法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別。通過對(duì)光滑針規(guī)和螺紋環(huán)規(guī)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償,輪廓數(shù)據(jù)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)誤差減小了40%以上。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG85

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本文編號(hào)：2331750