基于弓高弦长法的大直径非接触式测量研究

论文摘要

本文针对大圆直径的测量,选用高精度激光位移传感器,以“弓高弦长法”测量原理为基础,实现了大圆直径的非接触式测量。推导了各激光位移传感器相对位置的标定公式;通过分析传感器相对位置与弓高弦长的关系,得到了弓高和弦长的测量计算公式,进而得到了大圆直径的测量计算公式。通过对标定和测量误差的分析研究,揭示了误差产生的原因及其对测量精度的影响,提出了能够减少系统误差的传感器对称布置方式和测量数据的均衡处理方法,并通过对标定圆的再测量获得了系统误差的修正值,进一步减小了系统误差;采用多次测量的平均值作为测量结果以减少随机误差的影响。设计了大直径非接触式测量仪及其软件系统,为了提高测量精度,对标定圆的直径和测量时采用的弦长长度进行了分析,得到了合适的标定圆直径和弦长长度的选取办法;开发了基于LabVIEW的在线测试系统,该系统能够实现测量数据的采集、存储及计算等功能。以上述理论为指导,搭建了实验装置,完成了传感器相对位置的标定和直径的测量实验,结果表明所测圆的直径误差在±30μm以内,验证了测量方法的正确性和有效性。以上工作不仅有利于提高大直径回转类工件的测量精度,而且为大直径非接触式测量仪的研制提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机械量测量法概述
• 1.2.2 光学电子测量方法概述
• 1.2.3 现代光学测量方法概述
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 测量原理及标定
• 2.1 系统基本原理
• 2.1.1 数学原理
• 2.1.2 测量原理
• 2.1.3 传感器光源源点位置的标定
• 2.1.4 测量方案的选择
• 2.2 本章小结
• 第三章 测量误差分析
• 3.1 误差的表现及其分类
• 3.2 装置精度分析
• 3.3 中间光传感器不对中带来的误差
• 3.4 仿真
• 3.4.1 弦长值的确定
• 3.4.2 测量仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 测量系统硬件设计
• 4.1 设计原则
• 4.2 测量系统硬件部分选择和设计
• 4.2.1 传感器的选择
• 4.2.2 标定圆的选择
• 4.2.3 机械装置的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 测量仪软件设计
• 5.1 软件系统总体设计
• 5.2 数据采集
• 5.3 计算与分析模块
• 5.3.1 粗大误差的处理程序
• 5.3.2 标定计算软件
• 5.3.3 测量计算软件
• 5.4 其他功能
• 5.5 测量系统介绍
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验及数据分析
• 6.1 实验装置介绍
• 6.2 实验
• 6.2.1 实验方案
• 6.2.2 实验分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表论文目录）