【摘要】：高端裝備制造領(lǐng)域中,對于大尺寸(尤其是內(nèi)尺寸)零件的高精度、在機自動化測量方法十分匱乏。課題組此前提出了一種基于激光回轉(zhuǎn)射線簇的高精度、在機自動化測量方法,經(jīng)過測量實驗證明可行、有效。經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn),利用激光回轉(zhuǎn)射線簇測量法進行測量時,得到測量值對應(yīng)的角坐標是提升該方法測量能力的關(guān)鍵。根據(jù)對現(xiàn)有測量系統(tǒng)的分析與未來的遠景規(guī)劃,提出了為激光回轉(zhuǎn)射線簇獲取角坐標方法的要求。光電編碼器是常用的角坐標獲取工具,它需要定子、轉(zhuǎn)子間相互轉(zhuǎn)動時才能實現(xiàn)角度坐標獲取,現(xiàn)有測量系統(tǒng)難以提供這種提供定子—轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)動,而且使用光電編碼器將要面對安裝時的同軸度誤差帶來的角度誤差,因此光電編碼器不適合為激光回轉(zhuǎn)射線簇建立角度坐標。其他傳統(tǒng)現(xiàn)有角度測量方法也往往因為測量系統(tǒng)復雜等原因不適于為激光回轉(zhuǎn)射線簇建立角度坐標。利用精確計時獲取角度坐標的方法有WMPS與時柵法。WMPS是一種需要合作目標的發(fā)射——接收互動系統(tǒng),而時柵法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜,仍需要實體器件,因此這兩種方法也不適于為激光回轉(zhuǎn)射線簇建立角度坐標本文提出了一種基于精確計時的激光回轉(zhuǎn)射線簇角坐標建立方法。在無實體分度元件、無合作目標情況下,將角位移測量轉(zhuǎn)換為時間測量,由測量信息自整定,通過精密時間間隔測量為每個位移測量值賦予了高精度的角度坐標。依此方法研發(fā)了具有自備電源、無線數(shù)據(jù)傳輸能力的可安裝于機床主軸的測量頭。為驗證方法的有效性,設(shè)計了兩個器件作為測量對象:一個為包含兩個二面角的工件,另一個為正二十八邊形孔。借助立式銑床主軸完成了對二面角對正二十八邊形內(nèi)孔的測量。分析實驗結(jié)果知道測時模塊的準確性與主軸回轉(zhuǎn)的勻速性滿足要求,另將二面角測量值與用�？怂箍等鴺藴y量機測得的標準數(shù)據(jù)對比,二面角角度測量誤差在10?左右,相對測量誤差為0.028%。將正二十八邊形孔的測量值與用影像測量儀對正二十八邊形孔測得的標準數(shù)據(jù)對比,各邊長擬合的最大測量誤差低于50μm,相鄰邊夾角的最大測量誤差低于3?。實驗結(jié)果證明了本方法的可行性。
[Abstract]:In the field of high-end equipment manufacturing, there is a lack of automatic measurement methods for large-size parts, especially for internal-size parts. A high precision and automatic measurement method based on laser rotating ray cluster has been put forward by our research group, which has been proved to be feasible and effective by measurement experiments. After further study, it is found that the key to improve the measuring ability of the method is to obtain the angular coordinates corresponding to the measured values when using the laser rotating ray cluster measurement method. Based on the analysis of the existing measurement systems and the future prospect planning, the requirements of the method for obtaining angular coordinates for laser rotating ray clusters are proposed. Photoelectric encoder is a commonly used tool for obtaining angular coordinates. It requires the rotation of stator and rotor to achieve angle coordinate acquisition. It is difficult to provide this kind of relative rotation between stator and rotor by existing measuring system. Moreover, the photoelectric encoder will face the angle error caused by the coaxiality error of the installation, so the photoelectric encoder is not suitable to establish the angle coordinate for the laser rotating ray cluster. Other traditional angle measurement methods are often not suitable for the laser rotation ray cluster because of the complexity of measurement system and other reasons. The accurate timing method for angle coordinates is WMPS and time grating method. WMPS is an interactive transmitting and receiving system which needs cooperation target, but the system structure of time grid method is complex, and it still needs solid devices. Therefore, these two methods are not suitable for the establishment of angular coordinates for laser rotating ray clusters. In this paper, a new method based on precise timing for the establishment of angular coordinates of laser rotating ray clusters is proposed. In the case of no solid indexing element and no cooperative object, the angular displacement measurement is transformed into time measurement, and the measurement information is self-adjusted, and each displacement measurement value is given high precision angular coordinates by precise time interval measurement. According to this method, a measuring head with self-provided power supply and wireless data transmission capability can be installed on the spindle of machine tool. To verify the effectiveness of the method, two devices are designed as measuring objects: one is a workpiece with two dihedral angles, the other is a regular 28 side hole. The dihedral angle is measured with the help of the spindle of vertical milling machine. The experimental results show that the accuracy of the time measurement module and the uniformity of the spindle rotation meet the requirements. In addition, the dihedral angle measurement value is compared with the standard data obtained by the Hexkon CMM. The error of the dihedral angle measurement is 10? The relative measurement error is 0. 028. By comparing the measured value of the normal 28 side hole with the standard data of the 28 side hole measured by the image measuring instrument, the maximum measuring error of each side length fitting is less than 50 渭 m, and the maximum measuring error of the adjacent edge angle is less than 3 渭 m. The experimental results show the feasibility of this method.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH741

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本文編號：2186920