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特种脆性材料回转体零件内外表面自动测量系统研究

史庆伟  
【摘要】: 本文设计并研制一台多轴联动的用于脆性回转体零件内外表面测量的三坐标测量机。测量机除能满足脆性回转体零件研究和生产对测量的要求,同时适应今后该类零件的形状变化的需要,兼有普通三坐标测量机的功能。 本测量机能够实现的功能有:对内、外表面母线为各种复杂曲线的回转体零件的内外表面尺寸和形状进行自动测量;零件安放后,仪器能对被测件自动找正定心;整个测量过程自动进行,仪器能给出零件形状、被测参数与误差;存储测量数据,进行各种数据分析;测量机具有安全保护系统,防止意外事故发生。 经过分析认为本测量机需要解决的关键技术有:工件内表面的同时测量问题,回转测量工件的定心问题,防碰撞保护问题,精度保证,内测、外测部件和转台三个坐标系的统一和标定技术等。为此设计了内测架倒置的移动桥式内表面测量机构、工件自动调偏定心机构、测头碰撞保护机构等多个有创新性的测量机构,研究了一系列标定技术。 为了保证测量机在使用过程中的安全性,从多方面对安全可靠性进行了周密细致的考虑。设计了测量机安全监测系统,采用视觉识别技术监控测量的全过程;采用虚拟现实技术有效地避免测量机碰撞事故的发生;设计了多重限位保护机构,确保任一安全环节出故障后都有其它安全措施进行补救;采用非接触测量,防止和被测工件发生接触。 本论文还详细研究了测量机的调整和校验方法,精度测试方法,误差补偿方法。进行了大量的实验,验证了测量机的性能。分析了误差产生的原因,对测量机进行误差补偿,使测量机的精度达到了设计要求。 本论文的创新点主要体现在以下三点: 1.针对零件的特殊性,提出了一种新的高可靠性,高安全性的测量机方案。包括:在无需翻转零件的情况下,实现工件内、外表面同时测量,在回转过程中连续测量,采用非接触测量等方案。研究了基于虚拟现实防止碰撞技术和视觉监测技术,研发了一系列碰撞保护技术等。 2.研究了自动定心技术、自动平衡技术、卸荷式驱动技术、非接触测头抗干扰技术等一系列关键性的实用技术,提高了测量机的精度。 3.研究了内、外测量部件和回转工作台坐标系的统一问题,研究了一系列标定技术,建立了统一的数学模型。


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