復雜曲面原位檢測方法與實驗研究.pdf

1、復雜曲面零件在航空航天、能源運輸以及精密模具制造等領域廣泛存在,提高復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。隨著高精度數(shù)控機床、高精密測頭技術(shù)、超強數(shù)據(jù)計算和傳輸技術(shù)以及功能強大的軟件算法的開發(fā)和應用,將零件檢測集成在數(shù)控加工過程中,實現(xiàn)復雜曲面零件的原位檢測不但成為一種可能,更是提高復雜曲面零件制造精度和效率的有效手段。本學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行了理論和實驗研究,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-測量一體化實驗系統(tǒng)。
　　本學位論文將五軸機床拓撲結(jié)構(gòu)等效成多體系統(tǒng),建立了基于指數(shù)積公式的五軸機床空間幾何誤差模型。該模型不但可以反映機床各軸誤差到機床末端的誤差傳遞規(guī)律,也可以通過測量機床末端位姿,求解機床各軸的誤差值,進行機床誤差補償。同時,通過激光干涉儀進行了機床空間幾何誤差的檢測實驗,驗證了所提出的模型。
　　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上,提出了自動調(diào)整測頭偏心的方

3、法,并用標定球?qū)y頭的實際作用半徑進行校準。同時,面向?qū)嶋H測量任務,提出了基于原位標定技術(shù)的測頭半徑補償方法,通過雙線性插值技術(shù)實現(xiàn)了測量對象表面法矢信息的離散,建立了實際測量點和標定曲面之間的映射關系,實現(xiàn)了逐點測頭半徑補償。經(jīng)過實驗驗證,文中提出的逐點半徑補償方法比軟件提供的半徑補償方法更接近測量真值,提高了測量結(jié)果的準確性。
　　為了保證原位檢測結(jié)果能準確反映被測對象的真實情況,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模型,并在綜合考慮機床和測頭誤差分布的情況下,分別應用多次測量法和蒙特卡洛模擬法進行了面向原位檢測任務的不確定度評估。同時針對曲面形狀誤差評估的最小二乘和最小區(qū)域準則,應用虛擬機技術(shù)進行了評估實驗。
　　為了綜合接觸式測量精度高和激光測量效率高的特點,采用接觸式測頭和激光測頭進行了原位組合測量,并提出了高、低精度點云數(shù)據(jù)融合的方法,該方法通過點云匹配、點云分塊和點云精簡優(yōu)化三個步驟完成了低精

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