大型裝備質(zhì)量特性參數(shù)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)研發(fā).pdf

1、質(zhì)量特性參數(shù)是眾多工程領(lǐng)域緊密關(guān)注的重要參數(shù)。試驗(yàn)測(cè)量方法是獲取質(zhì)量特性參數(shù)不可或缺的重要方法。利用質(zhì)量特性測(cè)量試驗(yàn)設(shè)備測(cè)出物體的質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等質(zhì)量特性參數(shù)，在工程領(lǐng)域具有重要的意義。在實(shí)際測(cè)量中，試驗(yàn)測(cè)量往往存在以下問題：多次裝卸無法保證統(tǒng)一的測(cè)量基準(zhǔn)；運(yùn)動(dòng)副摩擦力矩對(duì)測(cè)量產(chǎn)生較大干擾；載物平臺(tái)和支撐系統(tǒng)產(chǎn)生較大的彈性變形；多個(gè)傳感器之間相互耦合影響測(cè)量精度等。這些問題都將導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。在研制測(cè)量設(shè)備過程中，消除或者控制

2、這些因素影響，對(duì)于提高測(cè)量精度具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　本文根據(jù)大型裝備被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和測(cè)量需求，綜合運(yùn)用多學(xué)科理論知識(shí)，分別研究了適合被測(cè)對(duì)象的測(cè)量方法，測(cè)量系統(tǒng)誤差建模和誤差分析，測(cè)量系統(tǒng)公差建模及優(yōu)化以及變形預(yù)測(cè)和誤差補(bǔ)償四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，并研發(fā)完成一套質(zhì)量特性參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。本文的主要工作如下：
　?、偬岢隽烁倪M(jìn)四點(diǎn)法。本文在詳細(xì)推導(dǎo)三點(diǎn)法和四點(diǎn)法基礎(chǔ)上，從多稱重傳感器布局和受力角度，提出了改進(jìn)四點(diǎn)法。改

3、進(jìn)四點(diǎn)法具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，直接接觸測(cè)量，能夠避免間接測(cè)量支撐 V型塊的影響；第二，四枚稱重傳感器實(shí)現(xiàn)獨(dú)立測(cè)量，避免傳感器之間的相互耦合，影響測(cè)量準(zhǔn)確度。
　?、诶矛F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法完成了基于改進(jìn)四點(diǎn)法的測(cè)量系統(tǒng)三維建模。本文把質(zhì)量特性測(cè)量系統(tǒng)分成三個(gè)子系統(tǒng)—機(jī)械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)和計(jì)量子系統(tǒng)，并基于改進(jìn)四點(diǎn)法原理，采用虛擬設(shè)計(jì)和三維建模等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法完成了測(cè)量系統(tǒng)模型，并優(yōu)化計(jì)算了被測(cè)對(duì)象的支撐距離。建立了測(cè)量系統(tǒng)誤差模型。本文

4、根據(jù)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模理論，建立了機(jī)械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的誤差模型。模型顯示，系統(tǒng)誤差包含兩部分，第一部分是在運(yùn)動(dòng)副位置產(chǎn)生，與運(yùn)動(dòng)變量相關(guān)的誤差，第二部分是構(gòu)件加工制造對(duì)應(yīng)的誤差。
　?、弁瓿闪藴y(cè)量系統(tǒng)主要零部件的公差建模，采用基于不動(dòng)點(diǎn)理論的改進(jìn)遺傳算法對(duì)零部件公差進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文按照誤差防止法，在零部件設(shè)計(jì)階段對(duì)誤差進(jìn)行控制，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈上的尺寸公差、形位公差和組件誤差進(jìn)行了建模。將不動(dòng)點(diǎn)理論和遺傳算法相融合，限制遺傳算法的隨機(jī)

5、性，保證算法種群的多樣性，設(shè)計(jì)客觀的收斂判斷準(zhǔn)則，對(duì)零部件的公差進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　?、芨鶕?jù)有限元理論，對(duì)稱重傳感器組件模型進(jìn)行有限元分析，獲得不同作用點(diǎn)在不同作用力下的變形大小。通過有限元理論分析，獲得作用載荷和對(duì)應(yīng)的變形量值，為研究軟補(bǔ)償方法提供分析對(duì)象和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。提出了自適應(yīng)確定隱層結(jié)點(diǎn)的改進(jìn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文從自適應(yīng)產(chǎn)生隱層結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)角度對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，并用該改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱重傳感器組件變形量進(jìn)行預(yù)測(cè)，用于確定稱重傳感器

6、組件形變誤差的補(bǔ)償量，提高系統(tǒng)測(cè)量精度。
　?、菅兄屏艘惶踪|(zhì)量特性參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)誤差分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)零部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，采用合適的加工方法和制造工藝，制造完成了機(jī)械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)。通過PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的兩路運(yùn)動(dòng)鏈的伺服控制。由稱重傳感器，光柵尺位移傳感器和上位機(jī)構(gòu)成的計(jì)量子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、信號(hào)采集和串口通信等，并在Visual studio環(huán)境下，設(shè)計(jì)完成了測(cè)量軟件系統(tǒng)。針對(duì)質(zhì)量特性測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方