大型零件在機(jī)接觸式跟蹤掃描測(cè)量方法及關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、在國(guó)防、航空航天、能源、運(yùn)載等重大工程領(lǐng)域中普遍存在一類大型關(guān)鍵零部件，其加工難度大、性能要求高，制造質(zhì)量成為制約裝備整體性能的關(guān)鍵要素。此類零件通常具有空間尺寸大、剛度低、形狀不規(guī)則等特征，導(dǎo)致其加工變形難以得到有效控制，最終加工形貌呈個(gè)性化特征。若利用原始理論設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行常規(guī)數(shù)控加工難以滿足零件制造精度與性能要求。利用在機(jī)接觸式跟蹤掃描測(cè)量技術(shù)，構(gòu)建測(cè)量-加工一體化制造系統(tǒng)，成為保障該類零件制造精度及提高制造效率的一種有效手段。然而

2、目前尚存在制約在機(jī)接觸式跟蹤掃描測(cè)量精度與效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵問(wèn)題。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金《多源約束面形再設(shè)計(jì)類復(fù)雜曲面零件的加工理論與技術(shù)》、裝備預(yù)研基金重點(diǎn)基金《×××精密加工技術(shù)基礎(chǔ)研究》，結(jié)合中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院委托項(xiàng)目，針對(duì)大型零件精密、高效在機(jī)接觸式跟蹤掃描測(cè)量中的關(guān)鍵問(wèn)題，開(kāi)展在機(jī)接觸式跟蹤掃描測(cè)量方法及關(guān)鍵技術(shù)研究，論文研究?jī)?nèi)容包括如下方面:
　　針對(duì)三維掃描測(cè)頭非線性及準(zhǔn)正交互耦效應(yīng)對(duì)測(cè)頭探測(cè)精度產(chǎn)生

3、的不利影響，分析正交三維模擬測(cè)頭傳感器非線性誤差及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形變誤差，量化平行簧片機(jī)構(gòu)寄生轉(zhuǎn)角與寄生位移對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生的影響，探究測(cè)頭準(zhǔn)正交互耦效應(yīng)的成因，并以DIGIT-03型模擬掃描測(cè)頭為例進(jìn)行獨(dú)立非線性校準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上實(shí)驗(yàn)觀察測(cè)頭準(zhǔn)正交互耦效應(yīng)，并提出三維掃描測(cè)頭準(zhǔn)正交互耦效應(yīng)消減算法。
　　針對(duì)在機(jī)接觸式跟蹤掃描測(cè)量系統(tǒng)強(qiáng)實(shí)時(shí)要求、多遲滯環(huán)節(jié)、大環(huán)路負(fù)反饋隨動(dòng)控制特性，建立包含驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢測(cè)信號(hào)、采樣延遲、量化誤差、

4、干擾噪聲及非線性摩擦的跟蹤掃描隨動(dòng)控制系統(tǒng)全局模型，給出跟蹤掃描隨動(dòng)控制模型參數(shù)辨識(shí)方法，進(jìn)而對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了全局分析、揭示各干擾因素對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的影響規(guī)律。
　　為提高跟蹤掃描隨動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，研究跟蹤掃描測(cè)量系統(tǒng)隨動(dòng)控制算法。在傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床伺服軸控制算法基礎(chǔ)上，結(jié)合跟蹤掃描隨動(dòng)控制模型，引入卡爾曼濾波器對(duì)隨動(dòng)軸位置、速度及干擾噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，基于極點(diǎn)配置控制器調(diào)整狀態(tài)反饋增益進(jìn)而改變閉環(huán)控制極點(diǎn)的預(yù)設(shè)自然頻率與

5、阻尼比，通過(guò)前饋零相位誤差跟蹤控制技術(shù)優(yōu)化隨動(dòng)系統(tǒng)帶寬，根據(jù)摩擦力辨識(shí)值進(jìn)行前饋摩擦力補(bǔ)償，降低隨動(dòng)軸頻繁啟停、跟蹤換向時(shí)因摩擦力瞬變引起的跟蹤延遲。
　　為克服零件觸測(cè)面幾何與摩擦力特征對(duì)跟蹤掃描速度及穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響，提出一種基于人工小腦模型控制器的跟蹤掃描速度智能規(guī)劃及觸測(cè)面摩擦動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制策略，設(shè)計(jì)被測(cè)曲面幾何特征與摩擦力特征的識(shí)別與量化算法，制定針對(duì)跟蹤掃描測(cè)量的人工小腦模型控制器空間映射結(jié)構(gòu)以及學(xué)習(xí)算法，根據(jù)空間鄰

6、域特征（包括幾何特征與摩擦力特征）自動(dòng)預(yù)測(cè)觸測(cè)區(qū)域模型表面特征，實(shí)現(xiàn)跟蹤掃描速度的智能規(guī)劃與摩擦力動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
　　針對(duì)現(xiàn)有在機(jī)點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)方法的不足，提出一種基于雙Akima樣條插值技術(shù)的三維空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)在線精簡(jiǎn)算法。算法利用雙Akima樣條擬合連接精簡(jiǎn)點(diǎn)云記錄點(diǎn)，并以擬合曲線至原始采樣點(diǎn)最大距離與預(yù)設(shè)逼近誤差間的量值關(guān)系作為采樣點(diǎn)取舍標(biāo)準(zhǔn)。其精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)可直接用于數(shù)據(jù)后處理與直接數(shù)控加工，可保證預(yù)設(shè)逼近誤差、提高數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)效率，并實(shí)現(xiàn)