【摘要】：高精度測量是精密、超精密加工制造的基礎,而螺紋參數(shù)的高精度測量是計量領域的一項基本內(nèi)容,有著相當廣泛的市場需求。傳統(tǒng)的螺紋參數(shù)測量方法,如通/止規(guī)校驗,測長機、千分尺等,或精度有限,或測量參數(shù)單一,亦或是成本高昂,不能有效滿足計量市場的需要�；谳喞畔⒌穆菁y參數(shù)綜合測量成為螺紋檢測的一項重要手段。相比于視覺影像,激光三角測量和坐標測量機而言,觸針式螺紋輪廓掃描測量方法以其測量精度高、可測螺紋范圍廣和優(yōu)異的性價比得到了眾多計量單位的應用認可。然而,目前這方面的測量方法和手段還沒有形成統(tǒng)一的標準,很多方法和理論還十分欠缺,需要進一步研究和討論。為此,本文以自主研制的觸針掃描式螺紋測量儀為平臺,從誤差分析的角度,對螺紋參數(shù)的計算、誤差校準和補償、運動控制等影響螺紋檢測精度的若干關鍵技術展開了深入的研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用多項式樣條插值均勻密化輪廓數(shù)據(jù)點,利用穩(wěn)健高斯回歸方法對螺紋輪廓進行低通濾波,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算方法,消除了中徑線定義和實際計算結(jié)果之間的不一致性�；谠撝袕骄�,分別設計了中徑和螺距的計算方法。(2)運用了6自由度齊次坐標變換的誤差分析法,研究工件定位誤差對螺紋中徑的影響,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,有效簡化函數(shù)模型。基于簡化的誤差模型,提出了一種兩規(guī)校準補償方法,并對該方法的不確定度進行了深入的討論。仿真和試驗結(jié)果表明:該方法只需要兩個校準規(guī),就能確保在夾具支撐的測量范圍內(nèi),螺紋定位誤差對中徑結(jié)果的影響小于1μm。相比于單規(guī)校準方式,兩規(guī)校準在定位誤差較大時,對整個可測范圍內(nèi)的螺紋規(guī)依然有著良好的測量精度。(3)提出了基于圖像視覺的觸針檢測方法,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。綜合角點檢測,輪廓識別,感興趣區(qū)域的運動預測和距離校準等手段,在有運動背景變化的情況下,實時準確地檢測出了觸針尖點的位置,并據(jù)此計算出觸針繞X軸旋轉(zhuǎn)偏差。結(jié)果顯示角度測量精度可達0.0654°,重復精度可達±0.16%,能夠有效檢測和控制觸針繞X軸旋轉(zhuǎn)偏差角度。(4)為減小Z軸直線電機的運動負載,采用平衡氣缸對探針所在Z軸運動平臺進行配重設計。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運動阻尼力的動態(tài)方程,結(jié)合直線電機的數(shù)學模型,構(gòu)建了系統(tǒng)的動力學方程,實現(xiàn)了氣缸配平Z軸運動平臺負載條件下的運動控制。充分考慮摩擦力、氣缸阻尼力的綜合作用,對該非線性系統(tǒng)構(gòu)建了基于非線性力觀測器的三層復合控制結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了對非線性部分的補償。仿真和試驗的結(jié)果表明,本文提出的改進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)合振動力學中懸臂梁橫向振動的分析,得出了動態(tài)掃描過程中,觸針桿彈性變形的變化,以及由此帶來的測量點位置誤差。結(jié)合電感位移傳感器的遲滯現(xiàn)象,建立了輪廓點數(shù)據(jù)動態(tài)誤差的整體模型,利用遺傳算法對模型參數(shù)進行了識別。通過對光滑針規(guī)和螺紋環(huán)規(guī)的測量數(shù)據(jù)進行補償,輪廓數(shù)據(jù)點的動態(tài)誤差減小了40%以上。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG85

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 吳限，，袁小榮;采用新方法加工不完全螺紋的量具設計[J];工具技術;1995年10期

2 洪國誠;同步螺紋的測量[J];工具技術;1996年06期

3 歐協(xié)峰;;螺紋檢測技術的發(fā)展趨勢[J];中國計量;2014年01期

4 徐愛群,項占琴,陳子辰;非接觸式自動螺紋檢測儀的研制[J];浙江大學學報(工學版);2005年08期

5 張紅巖;張國雄;;大螺紋在線測試系統(tǒng)[J];機械工程學報;2008年12期

6 劉力巖;郎巖梅;劉琦;代曉穎;;基于輪廓掃描法的螺紋測量功能的實現(xiàn)[J];機械工程師;2009年08期

7 葛萬通 ,牛德勝;內(nèi)螺紋測量儀[J];工具技術;1981年01期

8 周富臣;螺紋測量壓陷誤差公式的比較[J];工業(yè)計量;1994年04期

9 吳限;不完全螺紋及圓柱孔零件的加工測量[J];機械工藝師;1996年03期

10 王計;Φ400mm高壓釜修正型鋸形螺紋的加工與測量[J];重型機械科技;2002年01期

相關博士學位論文 前2條

1 陳盛;觸針掃描式螺紋測量儀中的關鍵技術研究[D];南京航空航天大學;2015年

2 呂東方;螺紋參數(shù)激光檢測技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

相關碩士學位論文 前10條

1 朱賀賀;高精度接觸式螺紋測量儀的誤差分析與補償方法研究[D];南京航空航天大學;2014年

2 吳得信;基于機器視覺的螺紋測判系統(tǒng)的研究[D];南京航空航天大學;2010年

3 丁亮亮;高精度單針接觸式螺紋測量儀的設計與研究[D];南京航空航天大學;2011年

4 范一保;高精度接觸式螺紋測量儀軟件系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D];南京航空航天大學;2011年

5 王和順;螺紋參數(shù)自動化測量儀的研究[D];四川大學;2002年

6 萬鵬;基于機器視覺的三角螺紋三維檢測方法及實驗研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉峰;螺紋檢測的機器視覺方法研究[D];天津大學;2006年

8 白林;基于激光位移檢測技術的螺紋檢測軟件系統(tǒng)設計與開發(fā)[D];電子科技大學;2012年

9 杜貴鋒;石油錐管螺紋測量儀控制系統(tǒng)的開發(fā)[D];西安理工大學;2005年

10 陳琦峰;基于電子影像測量技術的緊固件螺紋綜合測量系統(tǒng)研制[D];浙江工業(yè)大學;2014年

本文編號：2331750