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三坐标测量机误差分析及效率的提高

作　者: 于瀛淳
导　师: 林文强
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 建模数据点云扫描规划误差分析误差补偿
分类号: TH721
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

与传统的接触式三坐标测量机相比,非接触式测量分辨率高、测量范围较大；能够实现零接触测量,没有测量力和摩擦,可方便地测量软质和易变形物体表面；测量速度快、采样频率高,形成“点云”数据；从根本上解决了接触式测量所产生的各种缺陷。实验室原有的非接触式三坐标激光测量仪由于结构原因,只能对回转体进行测量。在将其结构改进之后,本论文以改进后的三坐标测量仪为研究对象。主要研究内容包括以下几个方面：(1)根据测量仪采用点云和基于曲线的模型重建两种测量模式,给出了已知数学模型及未知数学模型的建模方式,并详细阐述了点云数据的处理方式及过程。(2)详细介绍了步进电机驱动控制原理、激光测头的工作原理。(3)针对非接触激光三角测头式三坐标测量系统进行误差分析,其系统误差主要来源为系统的几何误差,主要包括X、Z轴滚珠丝杠的传动误差、从Z轴倾角误差。采用软件补偿法对三坐标测量系统的系统误差进行补偿,分别对三坐标测量系统的各单项误差建立误差补偿数学模型,编写误差补偿软件进行补偿。依照原有测量软件,补偿软件采用Visual C++6.0编写,经过测试运行正常。(4)从测头和测头方向的选择、测量点数目及其位置的确定、检测路径的规划、碰撞检查和碰撞规避问题等几个方面对自动检测做了研究,从而提高测量效率。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 三坐标测量机的发展概况、现状  10-12
  1.3 三坐标测量机系统误差补偿和效率提高的发展趋势  12-13
    1.3.1 三坐标测量机发展趋势  12
    1.3.2 系统误差补偿和效率提高的发展趋势  12-13
  1.4 课题的来源及主要工作  13-15
    1.4.1 课题来源  13-14
    1.4.2 课题的主要研究内容  14-15
第2章曲线曲面模型建立  15-21
  2.1 概述  15
  2.2 点云数据的处理及模型重建  15-17
    2.2.1 点云数据的预处理  16-17
    2.2.2 点云数据的模型重建  17
  2.3 基于曲线的模型重建  17-21
    2.3.1 直线的最小二乘解建模  17-18
    2.3.2 圆的建模  18
    2.3.3 平面  18-19
    2.3.4 自由曲线建模  19-21
第3章实验台硬件系统分析  21-29
  3.1 机械结构设计  21-22
  3.2 控制系统的硬件设计  22-26
    3.2.1 激光三角测头基本结构  22-23
    3.2.2 激光三角测头测量原理  23-25
    3.2.3 步进电机及驱动器性能介绍  25-26
  3.3 四轴运动控制  26-27
    3.3.1 步进电机速度控制  26
    3.3.2 激光测头的位置控制  26-27
    3.3.3 激光测头的制动控制  27
  3.4 数据采集控制  27-29
第4章测量系统误差分析和补偿  29-45
  4.1 三坐标测量系统误差分析  29-40
    4.1.1 X、Z轴滚珠丝杠误差分析  30-33
    4.1.2 角运动误差的检测  33-35
    4.1.3 旋转轴回转误差的检测  35-38
    4.1.4 激光测头对的精度因素及补偿方法  38-40
  4.2 X、、Z轴滚珠丝杠误差补偿  40-42
  4.3 X、Z轴滚珠丝杠误差补偿程序  42-44
  4.4 角运动误差的补偿  44
  4.5 倾角误差的补偿程序  44-45
第5章测量机检测规划问题和效率提高  45-59
  5.1 测头和测头方向选择  45-46
  5.2 测量点数的确定及其分布  46-47
  5.3 检测路径的规划和扫描效率的提高  47-56
    5.3.1 周向扫描  49-50
    5.3.2 面扫描  50-54
    5.3.3 边界扫描  54-56
  5.4 碰撞检查及碰撞  56-59
第6章测量实例分析  59-72
  6.1 非回转体测量  59-63
  6.2 回转体误差的补偿  63-69
  6.3 凸轮的测量  69
  6.4 模具的扫描和测量  69-72
第7章结论与展望  72-73
  7.1 结论  72
  7.2 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
附录  78-80

三坐标测量机误差分析及效率的提高

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