大尺寸回转体型面点坐标及形心轴线测量系统的研制

针对大型回转体型面测量问题,根据柱坐标机的测量原理,研制了大尺寸回转体型面点坐标及形心轴线测量系统。对影响系统测量精度的不确定度因素进行了量化分析。应用双频激光干涉仪和激光跟踪仪与该系统进行了测量数据比对。该系统不仅能测量回转体工件的任意截面点坐标和形心轴线,还可测量圆柱度、径向跳动、同轴度等,具有高精度、高效率、操作简单等特点。     

回转面测量平台系统设计

针对目前回转面形被测件形位参数测量的不足,提出并设计了一种新的测量系统。该测量系统集高精度的光学测量方法、无磨擦的气浮回转工作台、精密二维工作台及可编程控制的电控方法于一体,可用于对航天惯性器件等回转形被测件的形位参数进行高精度的测量。最终的实验特性分析表明本测量系统的可行性。     

精密球面磨床主轴回转误差的高精度测量

利用主轴回转误差单点测量法设计了一套测量系统,该系统由高精度标准球、高精度非接触位移传感器和角度传感器组成.阐述了回转误差的测量原理,分析了测量过程中可能引入的测量误差及其消除方法,并进行了实验研究.通过测量系统对测量数据进行了自动获取和分析处理,并用最小二乘法对测量数据进行评定,实现了精密球面磨床主轴回转误差的高精度测量.     

大型回转类工件形位误差的激光在线测量研究

回转类工件的形位误差测量是检验该类工件加工质量的重要指标,针对大型回转类工件的加工环境,给出了大型回转类工件的在线测量方案,以被测大型工件的已加工面作为定位基准面和夹紧面,使测量装置安装在被测工件上,应用激光脉冲测距技术和伺服控制技术实现对大型回转类工件形位误差的测量。     

线结构光多分辨率测量系统数据拼接方法

针对航空发动机叶片等复杂型面物体轮廓检测问题,应用多线结构光及多图像传感器,设计了可以实现被测对象整体轮廓及局部细节同时测量的多分辨率测量系统。提出一种基于二元经验模式分解的不同精度测量数据的拼接方法,利用二元经验模式分解方法将空间点集数据分解成一系列旋转信号分量,然后借助复小波变换对各旋转信号分量进行平滑处理,最后利用平滑后的旋转信号分量重构形成数据拼接曲线。实验结果表明,所提出的数据拼接方法可以从不同精度的复合信号中提取表征空间数据点集均值或趋势的光滑曲线,实现线结构光多分辨测量系统数据的高精度拼接,使测量系统在100 mm×100 mm测量范围内精度达到0.02 mm,达到了叶片工业现场的测量要求。     

θFXZ型测量机的回转轴线标定方法

回转轴线的标定技术是保证θFXZ型测量机测量精度的一项关键技术。针对该型测量机没有y方向运动的特点,分析了其内外径测量原理,讨论了回转轴线标定误差与内外径测量误差的关系,并提出了一种基于环形标准件内孔、外圆的测量结果,快速标定回转轴线的方法。试验结果表明:利用该方法进行θFXZ型测量机的回转轴线标定,标定后,测量机对其它型号环形标准件的测量误差在±0.001 mm以内。该方法实现了对回转轴线的精确标定,同时操作简单,可以制定标定软件,实现回转轴线的软件自动标定。     

波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统

用光学显微干涉法进行表面形貌测量时其深度测量范围的扩大和形貌测量精度的提高是一对矛盾。为此,本文设计出了一种基于波长轮换与相移扫描相结合的三波长表面形貌测量系统,并提出了一种基于椭圆拟合与相位差大小尺度相结合的相位提取与识别算法。将这种算法运用于多波长干涉图像的数据处理,有效地提高了形貌的整体测量精度,并拓展了深度测量范围。实验结果表明:在深度测量范围扩大近15倍的条件下,采用粗糙度国家基准校准的方波多刻线样板得到的表面粗糙度数据与校准数据的相对误差仅为4.12%,表明该系统在一定的深度范围内能够实现表面形貌的高精度测量。另外,针对该系统设计的多波长相位识别算法对环境噪声要求不高,可以支持系统的高噪声或在线测量。     

LAMOST天文望远镜球焦面多光纤并行控制系统研究

针对LAMOST提出多光纤并行控制方案。设计了双回转光纤定位装置;提出了光纤定位系统的总体控制方案,观测之前,进行动态干涉分析确定单元运动轨迹;设计了基于单片2181的步进电动机脉冲扫描控制系统,实现对4000个定位单元的并行控制。试验表明双回转光纤定位单元能够实现光纤的快速精确定位,满足LAMOST光纤定位系统的要求。     

基于光学扫描测量数据的叶片型面偏差分析研究

为了满足叶片型面快速检测的需要,研究基于光学扫描测量数据的型面偏差分析技术.详细描述光学扫描测量的原理及数据采集过程,运用基于特征点的预配准和SVD-ICP算法来进行测量模型与CAD理论模型的配准定位,通过UG/API函数获取截面数据,对截面数据进行偏差计算,得到偏差情况统计结果.同时在偏差计算的过程中,针对叶片检测中截面各区域公差要求不一样的情况,提出一种基于轮廓线参数化的公差带设计方法,使得公差带的设计更好地符合实际检测的需要.基于上述算法,综合运用VC+ +,UG/API和VTK等工具,开发了叶片型面偏差分析软件,对于实现叶片型面的快速检测具有重要意义.     

摆臂式非球面轮廓仪的原理与试验

介绍了一种新颖的非球面轮廓仪的测量原理和测量试验,它通过测量非球面与某一参考球面之间的偏离量来唯一确定非球面的面形误差,通过调整测量臂长以及回转轴线与光轴之间的夹角实现对不同非球面的测量。系统主要由高精度两维转台,高刚度测量臂,四自由度微调系统和高精度扫描测量传感器组成,并分别在VC++6.0与MATLAB平台上开发了测控软件以及数据处理软件。该测量方法的优点是测量所需传感器量程小,测量运动为一个简单的回转运动;缺点是测量调整自由度多,校准困难。建立了测量系统的数学模型,通过测量数据与名义面形之间的非线性优化,在获得面形误差的同时获得了非球面面形参数误差。通过测量多条截线实现了对非球面面形的全口径检测。最后对直径200 mm,顶点曲率半径1 400 mm的凹形抛物面镜进行了测量,结果表明,系统重复精度优于0.8 μm,精度优于1 μm。     

星上设备安装姿态高精度自动测量系统设计

为了满足高分辨率对地观测卫星上设备安装姿态高精度测量的需求,设计了一种由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助自准直经纬仪构成的高精度自动姿态测量系统。该系统采用了多传感器数据融合的高精度测量算法,融合了自准直经纬仪的俯仰角、偏航角数据,精密转台的数据以及CCD图像数据,可以精确计算出远间距异面直线间的夹角。同时基于理论安装数据驱动的经纬仪自动定位方法,可以实现经纬仪沿导轨自动定位到最佳准直位置和朝向,再通过局部图像识别可以搜索出立方镜镜面法线的指向,最终实现精确准直。试验中,通过测量标准17面棱体与标准值比对,得到最大偏差为4.1",标准差为3.3";通过对模拟卫星上的立方镜进行搜索,可以实现自动化测量。该系统已经在我国高分二号卫星总装测试中进行了应用,保障了高分二号卫星的装配检测精度。     

基于工业 CT 的零件内外曲面形位误差分析

针对具有复杂内腔结构零件的内部曲面形位误差分析困难的问题,提出了一种基于工业 CT 技术的零件复杂内腔的形 位误差分析方法。 首先,使用工业 CT 对零件进行扫描并重建为测量 STL 模型。 然后将设计 IGES 模型离散为 STL 模型与测量 STL 模型进行配准。 其次,利用设计 IGES 模型作为引导,判定测量 STL 模型中的点和 IGES 模型各曲面的归属,自动分割测量 STL 模型中的所有曲面。 最后,选取设计 IGES 模型的曲面并对曲面对应的点云簇进行形位误差分析。 选取百万级测量点云的 阀体模型进行实验,完整地分割点云模型所有曲面,选择任意曲面进行形位误差分析,测得选定内部曲面的圆柱度为 1. 11 mm、 平面度为 0. 61 mm、平行度为 1. 92 mm。 本文方法只需输入零件测量 STL 模型和零件设计 IGES 模型,再选取设计 IGES 模型待 测曲面就可以自动地完成零件内外曲面的形位误差分析。     

基于线激光车体旋转扫描系统标定方法

在轨道车辆车体三维尺寸检测过程中,为实现线激光扫描系统多个视角位置扫描数据拼合,需要精确标定出扫描仪激光平面参数和扫描系统的转轴参数;为此,提出了基于多视约束系统标定方法。该方法充分利用了图像数据样本和多视几何约束,对扫描系统的激光平面和转轴参数进行精确标定,有效地保证了测量系统整体标定精度;同时实现了多个视角位置采集三维数据的精确拼合。     

多面棱体的检定及误差计算

在机械及仪器制造业的高精度测量中,经常使用多面棱体,如精密圆周刻度盘、回转分度台、光栅盘、高精度蜗轮、高精度齿轮的测量等。多面棱体除了直接参加测量外,还常用于检定各种测角工具、精密机床等,因此人们通常将多面棱体作为角度基准。尽管多面棱体精度很高,但尚有各种制造误差,为了保证角度量值的正确传递,必须对多面棱体定期进行检定,其检定方法有比较法和全组合法两种。     

基于VME总线的高精度温度测量系统的研究与设计

探讨基于VME总线的高精度温度测量方法和实现了高精度温度测量系统的设计方案,对温度测量过程中存在的各种误差源进行分析,提出并实现了针对这些误差源的解决方案。系统采用Highland公司的AD数据采集片,实现了上位机SUN工作站和下位机MV5100协同工作的高精度温度测量系统,并对温度测量系统进行了比对测试,经过测试可以得出系统的测温精度满足设计目标,测温精度在±0．005℃内。     

精密数控螺母磨床用小型直驱数控回转工作台设计

采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势,针对目前精密数控螺母磨床用回转工作台多采用蜗轮蜗杆传动,其结构复杂,精度不高,设计了直驱数控回转工作台,包括整体机械结构设计,电动机选型及液压夹紧系统设计.系统采用高精度力矩电动机直接驱动工作台进行运转,通过带集成角度测量系统的推力/向心轴承支承整个工作台面,并且通过液压夹紧装置完成了工作台的夹紧与松开动作.该工作台结构简单紧凑,取消了中间的传动环节,有效的提高了测量精度,为实现精确的自动分度,扩大数控机床加工范围提供了有参考价值的加工手段.     

基于柱面坐标系的新型光学坐标测量机的研制

研制了一种基于柱面坐标系的新型专用非球面坐标测量机,通过测量非球面多条子午截线实现对非球面形的全口径检测。在结构设计方面,采用了龙门框架加回转运动的形式,利用高精度气浮导轨实现水平运动,利用端齿盘实现对工件的精确分度,通过点位测量的方式实现对非球面形的高精度检测。在软件方面,建立了系统的数学模型和柱面坐标系下回转对称非球面形全口径检测算法,并在VC++6.0和Matlab平台上编制了测控软件和数据处理软件。系统最大测量口径为600 mm,测量高度为25 mm,最小测量步长为1 mm,经过系统误差补偿后,系统精度优于1 μm,满足了精磨、粗抛阶段非球面形检测要求。试验表明:系统运行良好,精度满足要求,同时具有良好的通用性,可用于非球面精磨、粗抛阶段的检测。     

特种回转面刀具螺旋槽的通用几何模型

针对数控磨削螺旋槽的特点 ,提出了基于一般特种回转面刀具刀刃曲线和刀面截形的螺旋槽通用几何模型。该模型采用统一的形式表示螺旋槽 ,为特种回转面刀具的设计和数控加工提供了理论基础。该模型也适用于其它类型的回转刀具     

扫帚式激光三维扫描成像系统设计与实验

设计了一种基于单线激光雷达的扫帚式三维扫描成像系统来实现目标的三维重建。系统通过激光光束的二维扫描,配合轴向运动,形成包含距离和角度信息的三维点云数据。实测结果表明:采用设计的三维扫描成像系统对距离30m的目标进行测量,角度分辨率达到0.06°,行分辨率达到6cm,帧频达到2Hz,实现了快速扫描、高精度目标测量及系统小型化等目标。     

激光聚变靶丸球面经纬迹线优化球度测量方法

针对激光聚变靶丸表面3D全形貌的高精度测量与评价难题,提出一种基于激光差动共焦原理的靶丸球面经纬迹线优化球度测量方法。该方法采用经纬迹线划分方案提高形貌信息采样覆盖率,实现靶丸球面形貌高效高精度测量。首先,利用差动共焦测量系统对靶丸球面经纬迹线上二维圆周采样点进行精准定焦,获取二维轮廓信息;然后,利用精密三维位姿调整机构和正交回转轴系切换被测截面,获取覆盖靶丸全球面多条经纬迹线处的高度信息;最后依据建立的靶丸球面经纬迹线三维坐标转换模型,采用最小二乘算法对靶丸球度进行高精度评定,并对靶丸表面进行形貌重构。实验结果表明：测量57条迹线,被测靶丸的球度误差为1.946μm。该方法为靶丸表面全形貌高精度测量与评定以及定性观察提供了可行性方案。