高精度薄板帶板凸度激光檢測的誤差分析與精度控制研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，薄板帶材的需求量不斷增加，特別是在鋁加工行業(yè)，為實現(xiàn)鋁薄板加工生產(chǎn)過程中板材厚度、板形、板凸度的高精度控制，對在線檢測裝置的檢測精度提出了更高的要求，并促進(jìn)檢測裝置向智能化方向發(fā)展。但目前的檢測設(shè)備在經(jīng)濟(jì)性以及功能性等方面均存在著不足。 本文以國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃課題“鋁薄板高精度板凸度在線檢測裝置”為背景。開發(fā)了基于激光檢測技術(shù)的鋁薄板板凸度在線檢測裝置，通過理論分析和試驗研究，深入研究了高精度

2、板凸度激光檢測裝置整體及各子系統(tǒng)的誤差規(guī)律，從誤差避免和誤差補償?shù)慕嵌?，綜合運用有限元優(yōu)化技術(shù)、小波信號分析與處理技術(shù)，解決了系統(tǒng)精度保證及精度控制的關(guān)鍵問題。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合薄板帶的快速鑄軋工業(yè)試驗，對板凸度激光檢測裝置的性能進(jìn)行了工業(yè)試驗驗證。表明該裝置具有成本低、精度高、穩(wěn)定性好的特點，對于提高我國鋁帶材的產(chǎn)品質(zhì)量，增強市場競爭力具有重要的意義。同時文中所用理論和方法也適用于其它檢測裝置，本文的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

3、 論文的主要研究內(nèi)容和成果如下： 1．通過對高精度板凸度激光檢測裝置整體及各子系統(tǒng)深入的精度分析，在比較不同方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)項目要求的移動式、高精度的核心目標(biāo)，設(shè)計了基于雙束激光差動測量方法的掃描式激光板凸度檢測方案，確定了以C型掃描框架為主體的裝置的總體結(jié)構(gòu)造型，實現(xiàn)了低成本、高精度的板厚、板凸度同時測量。 2．研究了板凸度激光檢測裝置實現(xiàn)智能化檢測的自動測量策略，對雙束激光差動測量系統(tǒng)中的傳感器位置關(guān)系與測量

4、有效性的規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了不同被測板材厚度條件下的最佳傳感器位置調(diào)節(jié)目標(biāo)。基于該目標(biāo)，提出了板凸度激光檢測的調(diào)節(jié)策略，仿真試驗證明了自動調(diào)節(jié)策略的可行性。 3．研究了高精度板凸度激光檢測系統(tǒng)的靜態(tài)誤差傳遞規(guī)律，分析機(jī)械裝配精度等因素造成的系統(tǒng)中傳感器平動位置誤差、旋轉(zhuǎn)角度誤差等對系統(tǒng)精度的影響規(guī)律，建立了系統(tǒng)裝置的機(jī)械加工及裝配精度所致的誤差分析模型，形成系統(tǒng)加工、裝配精度的控制準(zhǔn)則，為系統(tǒng)標(biāo)定與靜態(tài)誤差修正提供理論依據(jù)。

5、 4．基于試驗研究，通過工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境振動測試試驗，不同振動激勵下框架的動力學(xué)性能試驗，不同掃描檢測狀態(tài)下板凸度檢測精度的影響規(guī)律試驗，分析了不同振動參數(shù)、掃描參數(shù)對檢測精度的影響規(guī)律，建立了系統(tǒng)裝置的動態(tài)誤差分析模型，為通過誤差避免和誤差補償以保證檢測精度奠定了基礎(chǔ)。 5．在分析移動框架靜態(tài)、動態(tài)變形以及不良振型對檢測精度的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了通過對檢測裝置關(guān)鍵部件C型框架的進(jìn)行模態(tài)優(yōu)化實現(xiàn)精度控制的方法。在通用有限

6、元軟件ANSYS的基礎(chǔ)上，利用APDL語言對框架力學(xué)性能分析與動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，包括靜態(tài)(強度、剛度)優(yōu)化分析，模態(tài)優(yōu)化分析，動力學(xué)響應(yīng)分析等，并進(jìn)行了設(shè)計變量的靈敏度分析，提出了C型移動框架的優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)。 6．研究了基于小波原理的板凸度激光檢測信號振動誤差抑制的方法，針對板凸度激光檢測信號的多頻特性，通過多分辨小波分析與處理方法，采用小波信號分解--重構(gòu)，來剔除檢測信號中的諧波性振動誤差成分，確定了最佳小波基函數(shù)和小波分解層數(shù)。

7、通過仿真試驗和現(xiàn)場試驗表明，本方法可以減少因振動和各種環(huán)境擾動等原因造成的誤差，檢測精度得到了明顯的提高。 7．研究了板凸度激光掃描參數(shù)因素作用引起的誤差補償方法，針對該類誤差多參數(shù)耦合、非線性的特點，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，建立掃描參數(shù)與動態(tài)誤差之間的非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過對動態(tài)誤差的預(yù)測，實現(xiàn)動態(tài)誤差的補償。通過工業(yè)試驗比表明，本方法有效地消除了由于掃描狀態(tài)不同引起的隨機(jī)誤差，提高了檢測精度。 8．進(jìn)行了板凸度激光檢測