自由曲面非接触式测量方法研究及系统研制

【摘要】： 随着现代计算机辅助设计、数字控制利计算机辅助制造等技术的发展，制造业越来越紧迫地要求开发先进的测量技术。本文在综述国内外关于自由曲面零件的数控测量方法、测量规划、曲面造型、测量造型加工(3M)一体化技术研究现状及发展趋势的基础上，综合利用激光测量、精密机械、光电子、CAD／CAM和自动控制等学科技术，在传统数控铣床上研制开发了基于固高运动控制卡的非接触式自由曲面激光测量系统，同时对测量方法和仿形加工技术等问题进行了深入研究。本文研究内容包括以下几个方面： 1．首次提出了未知曲面自适应测量的矩形细分法，实现测点的自适应分布，并通过仿真分析和实验研究，验证了该方法的有效性，为提高未知曲面的测量精度和效率提供了一种新方法。 2．分析了激光测头线性测量范围的局限性，提出了三种测头跟踪测量方式，重点介绍了仿形跟踪测量方法，提出了自动选择跟踪方法的模型。 3．提出利用CCD图像获取边缘信息并用于指导测量规划。说明了CCD的测量原理及测量方法，然后介绍了CCD坐标系和机床坐标系的统一，以一鼠标模型的测量为例，通过仿真分析证明了CCD测量规划优化的指导作用。 4．介绍了基于开放式运动控制器的激光测量系统的实现，对系统的精密伺服系统和精密机械系统作了描述，阐述了系统的软件组成，最后通过几个测量实例说明了该系统可快速、精确获取物体表面的三维信息，为最终建立3M系统提供相应理论和实验基础。 5．介绍了数控仿形加工原理，与北京航天数控集团公司、杭州机床厂合作开发了“基于航天数控系统的激光测量仿型铣床”，并通过测量和加工实验研究，验证了该系统的可行性，为下一步开发仿形加工铣床的控制系统打下了理论和实验基础。 最后，总结本论文研究工作的主要结论，并对后续研究作了展望。