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天线罩几何参数测量原理及关键技术研究

姚宝国  
【摘要】:导弹天线罩是主动寻的导弹的一个关键部件,系三维复杂曲面的薄壁零件,孔深径小结构复杂,目前尚无可用的检测仪器能对其壁厚、外廓形等几何参数进行准确的测量,因而极大地制约了天线罩制造精度的提高,影响了导弹的研制进程。 本论文从天线罩电信设计相关理论基础及天线罩技术要求出发,在分析测量对象的基础上研究了天线罩几何参数测量的原理,廓形误差评定的原理、模型及解法,测控系统解决方案的软硬件实现,测量数据的预处理、一致化处理与可视化处理方法,以及测量系统精度的评价方法等,攻克了天线罩研制和生产中的测量难题,填补了国内在该项技术上的空白。 对天线罩壁厚的测量,创造性地提出了轮廓被测点切线方向等长点迹线钳式测量法的新测量原理,也就是采用钳式测量头架沿被测点切线方向等长度点迹线运动测量的新方法,实现了对天线罩壁厚的直接测量。 在测量方案设计时,提出了两工位粗精分开、测量与驱动相分离以及壁厚测量时天线罩适当倾斜安装等方案,解决了测量多任务、不同测量要求的难题,消除了驱动系统的驱动误差对测量精度的影响,实现了两工位上测量尺寸的数值匹配。 提出了以鞍点规划的理论、天线罩曲面的Frenet标架运算及相伴曲面方法为基础,用最小二乘和最小区域相结合的方法对天线罩廓形误差进行评定,解决了廓形测量数据的误差分离问题,放宽了廓形测量时对天线罩的安装要求。研究了评定的线性几何模型、规划模型及解法以及评定的最小条件。探讨了原始法向误差求解方法以及实际评定操作处理方法。 在提出的天线罩几何参数测量的新原理及天线罩廓形误差评定方法的基础上,研制了天线罩几何参数测量系统。对基于IPC的开放式数控技术在测控系统上的应用进行了研究。测控系统设计时提出了开放式处理策略,研究了测量系统机械部分主机的关键部件——测量钳的优化设计方法,以及测控系统实现中测量与驱动相分离,外廓形测量时测头自动跟踪扫描和壁厚测量时控制测头始终位于工件被测点法线方向等关键技术。同时,以面向对象的技术为基础,研究了测控软件开发中Windows下工业实时控制的可行性及技术途径,测量运动轨迹的生成,数据采集、存储及传输,软件PLC的实现等关键技术。 测量数据预处理、一致化处理中,研究了数据光滑、匀化、延拓,数据映射等方法,解决了测量数据中存在无用数据和噪声,测量数据不均匀、边界不整齐等问题。为了直观显示测量结果,研究了基于误差效果图、等差线图、剖面图的测量结果可视化处理方法,以及误差效果图生成的有效区域法、单条等差线生成的网格单元信息判别法。 本论文在最后对测量实例进行了分析,提出了基于评价指标系统的测量系统精度的评价方法,并使用评价实例对测量系统进行了分析与评价,结果表明:研究的基于新测量原理的测量系统,完全满足了天线罩几何参数测量功能和测量精度的要求,提出的系统精度评价方法和评价指标体系是非常有效的。


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