復(fù)雜曲面原位檢測方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、復(fù)雜曲面零件在航空航天、能源運(yùn)輸以及精密模具制造等領(lǐng)域廣泛存在,提高復(fù)雜曲面零件制造的精度、效率和可靠性是制造技術(shù)不懈追求的目標(biāo)。隨著高精度數(shù)控機(jī)床、高精密測頭技術(shù)、超強(qiáng)數(shù)據(jù)計算和傳輸技術(shù)以及功能強(qiáng)大的軟件算法的開發(fā)和應(yīng)用,將零件檢測集成在數(shù)控加工過程中,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面零件的原位檢測不但成為一種可能,更是提高復(fù)雜曲面零件制造精度和效率的有效手段。本學(xué)位論文針對原位檢測系統(tǒng)的精度評估和曲面檢測方法進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究,并將原位檢技術(shù)與曲面加

2、工工藝相結(jié)合,建立了曲面加工-測量一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
　　本學(xué)位論文將五軸機(jī)床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等效成多體系統(tǒng),建立了基于指數(shù)積公式的五軸機(jī)床空間幾何誤差模型。該模型不但可以反映機(jī)床各軸誤差到機(jī)床末端的誤差傳遞規(guī)律,也可以通過測量機(jī)床末端位姿,求解機(jī)床各軸的誤差值,進(jìn)行機(jī)床誤差補(bǔ)償。同時,通過激光干涉儀進(jìn)行了機(jī)床空間幾何誤差的檢測實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所提出的模型。
　　在分析了原位檢測系統(tǒng)中觸發(fā)式測頭誤差來源的基礎(chǔ)上,提出了自動調(diào)整測頭偏心的方

3、法,并用標(biāo)定球?qū)y頭的實(shí)際作用半徑進(jìn)行校準(zhǔn)。同時,面向?qū)嶋H測量任務(wù),提出了基于原位標(biāo)定技術(shù)的測頭半徑補(bǔ)償方法,通過雙線性插值技術(shù)實(shí)現(xiàn)了測量對象表面法矢信息的離散,建立了實(shí)際測量點(diǎn)和標(biāo)定曲面之間的映射關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了逐點(diǎn)測頭半徑補(bǔ)償。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,文中提出的逐點(diǎn)半徑補(bǔ)償方法比軟件提供的半徑補(bǔ)償方法更接近測量真值,提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　為了保證原位檢測結(jié)果能準(zhǔn)確反映被測對象的真實(shí)情況,需要考慮檢測儀器和檢測方法對測量結(jié)果不確定度的

4、影響。為此,建立了基于蒙特卡洛法的虛擬機(jī)模型,并在綜合考慮機(jī)床和測頭誤差分布的情況下,分別應(yīng)用多次測量法和蒙特卡洛模擬法進(jìn)行了面向原位檢測任務(wù)的不確定度評估。同時針對曲面形狀誤差評估的最小二乘和最小區(qū)域準(zhǔn)則,應(yīng)用虛擬機(jī)技術(shù)進(jìn)行了評估實(shí)驗(yàn)。
　　為了綜合接觸式測量精度高和激光測量效率高的特點(diǎn),采用接觸式測頭和激光測頭進(jìn)行了原位組合測量,并提出了高、低精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合的方法,該方法通過點(diǎn)云匹配、點(diǎn)云分塊和點(diǎn)云精簡優(yōu)化三個步驟完成了低精

5、度點(diǎn)云數(shù)據(jù)的修正和精簡,仿真結(jié)果表明融合后的點(diǎn)云能更準(zhǔn)確地描述被測曲面的信息。接著,應(yīng)用距離函數(shù)的方法對測量點(diǎn)云進(jìn)行曲面尋位,并基于蒙特卡洛模擬方法對尋位算法的特性進(jìn)行了分析,最后,對于給定的實(shí)際測量數(shù)據(jù),給出了基于自助法的尋位算法的不確定度評估。
　　應(yīng)用本文提出的方法,實(shí)現(xiàn)了原位檢測技術(shù)和加工過程的集成。針對毛坯定位、余量均勻、工件重定位以及補(bǔ)償加工等工藝問題,應(yīng)用原位檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了加工-測量-補(bǔ)加工的曲面制造流程,并將文中的