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滑枕内孔加工表面粗糙度光纤式测量技术研究

作 者: 李红华
导 师: 李沈
学 校: 东北大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 坐标镗床 表面粗糙度 光纤 方案 数学模型 实验分析
分类号: TG84
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 26次
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内容摘要


沈阳机床集团与东北大学设备诊断工程中心拟联合研制多工位高精度坐标镗床。该镗床为实现超长滑枕的多工位超精密加工而设计。其中,滑枕内孔表面粗糙度在线测量是该镗床设计研发中的重要环节。基于此背景,本文对滑枕内孔表面粗糙度测量技术进行了预研。本文首先总结了表面粗糙度检测技术的国内外研究现状。测量方向、取样长度和评定长度的选取、评价参数的确定是表面粗糙度测量的首要工作。本文对表面粗糙度光纤式测量技术的原理进行了计算分析。传感机理的验证,测量距离、有效宽度和采样频率的确定是表面粗糙度光纤式测量原理分析的重要部分。传统的接触式测量仪器容易划伤被测表面,应用受到一定的限制。现有的非接触式测量仪器存在不能在线、实时测量的缺点。在小空间、在线、高精度的设计条件下,本文选择方案,拟设计表面粗糙度光纤式测量系统。对表面粗糙度光学传感系统、滤波电路进行设计;对控制测量过程的数据采集卡和步进电机进行选型。设计的系统测量精度高、结构简单,并且支持在线、实时测量。对测量系统输出的数据需进行处理,本文建立了数学模型。利用小波变换进行信噪分离;进行表面轮廓的中线方法的选择;对光纤式测量系统输出的二维曲线,进行了表面粗糙度参数的求取。经方案选择、系统设计和数学模型建立后,表面粗糙度测量的目的得以实现。本文进行了离线实验测量,有针对性的选择实验样块,进行表面粗糙度测量。据建立的数学模型,对实验数据进行了处理。根据实验结果,验证了数学模型的正确性。最后,本文对设计系统进行了误差分析,总结了论文的研究成果,提出了进一步的研究方向。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 课题提出的意义及目的  11-12
    1.1.1 课题的研究背景及意义  11-12
    1.1.2 课题研究的目的  12
  1.2 光纤传感技术的发展与现状  12-14
  1.3 粗糙度检测技术的发展  14-18
    1.3.1 粗糙度检测技术的国内外研究现状  14-16
    1.3.2 粗糙度测量方法的发展  16-17
    1.3.3 现有测量方法存在的问题  17
    1.3.4 表面粗糙度光纤传感测量技术研究  17-18
  1.4 本论文的主要工作  18-19
  1.5 本章小结  19-21
第2章 表面粗糙度的基本概念及光纤式测量技术的理论分析  21-37
  2.1 表面粗糙度的定义及其影响因素  21-22
    2.1.1 表面粗糙度的定义  21
    2.1.2 影响加工表面粗糙度的因素  21-22
    2.1.3 表面粗糙度与形状误差、表面波度的关系  22
  2.2 表面粗糙度测量中相关量的确定  22-24
    2.2.1 测量方向的选择  22-23
    2.2.2 取样长度的确定  23
    2.2.3 评定长度的确定  23-24
  2.3 评价表面粗糙度的主要参数介绍  24-29
    2.3.1 与微观不平度高度有关的表面粗糙度参数  24-26
    2.3.2 与微观不平度间距有关的参数  26-27
    2.3.3 与微观不平度形状特性有关的参数  27-29
  2.4 表面粗糙度光纤式测量的理论分析  29-34
    2.4.1 理想状态下的耦合效率  29-30
    2.4.2 传感机理的验证  30-31
    2.4.3 光纤探头的端面到被测表面距离的分析  31
    2.4.4 光纤探头耦合区分析  31-33
    2.4.5 光脉冲有效宽度与采样频率的分析、确定  33-34
  2.5 本章小结  34-37
第3章 表面粗糙度光纤式测量的方案设计  37-55
  3.1 传统表面粗糙度测量技术简介  37
  3.2 表面粗糙度光纤式测量系统的方案设计  37-39
  3.3 硬件电路设计  39-54
    3.3.1 光纤传感系统的设计  39-41
    3.3.2 硬件滤波电路设计  41-44
    3.3.3 光纤探头的驱动控制  44-47
    3.3.4 数据采集板的性能指标  47-52
    3.3.5 硬件电路实现  52-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章 表面粗糙度测量实验分析数学模型的建立  55-79
  4.1 表面粗糙度测量实验方案实施  55-66
    4.1.1 实验目的  55-56
    4.1.2 实验的主要参数及其选择范围  56-58
    4.1.3 实验装置的选择及实验过程介绍  58-60
    4.1.4 实验结果分析与讨论  60-66
  4.2 系统数学模型建立  66-78
    4.2.1 小波变换用于信号去噪处理  66-70
    4.2.2 表面粗糙度轮廓中线研究  70-72
    4.2.3 表面轮廓算数平均偏差求取  72-74
    4.2.4 轮廓微观不平度十点高度求取  74-75
    4.2.5 软件程序实现及其软件界面设计  75-78
  4.3 本章小结  78-79
第5章 系统性能测试及误差分析  79-83
  5.1 测量结果分析  79-80
  5.2 测量误差分析  80-81
  5.3 本章小结  81-83
第6章 结论、成果与展望  83-85
参考文献  85-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 公差与技术测量及机械量仪 > 表面光洁度(表面粗糙度)的测量及其量仪
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