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摘要
大型圆柱是制造装备中的核心构件,其形状误差包括圆度、圆柱度和母线直线度等将被直接复制到所大尺寸生产的产品上,导致产品出现表面瑕疵。为了提高大型制造装备的技术水平和大尺寸产品的市场竞争力,国家亟待解决大型圆柱廓形的高精度原位检测难题。选题依托国家自然科学基金项目,提出了一种基于V块的三点圆柱度误差分离技术(V-block three-probe Error Separation Technique,VEST)。该技术与激光测量系统结合,在理论上可以用最少的传感器进行全谐波误差分离,实现圆柱廓形的高精度便携式原位测量重建。研究通过理论、仿真和实测并与Talyrond 365测量结果的比对,评估VEST在圆柱廓形原位精密测量中的精度和适应性,并提出了两种测量策略来提高VEST的抗干扰能力和测量精度。可以预见,该技术在未来的工业测量中可以发挥积极作用。论文首先在研究分析圆柱廓形测量中的若干基本问题的基础上,建立VEST测定截面半径偏差和圆度的数学模型以及测定圆柱中线廓形的递推式,通过仿真证明VEST在理论上全面剔除了V块的误差运动,实现了全谐波误差分离,获得了圆柱廓形的正确测量重建。其次基于自行研制的VEST实验系统,通过对两个不同量级形状误差的被测圆柱廓形的实际测量实验,测量重建了被测圆柱廓形。通过与Talyrond 365圆柱度仪测量结果比较,两者在测定各个截面半径偏差和圆度上的结果有好的一致性,但VEST在测定中线廓形上有一定程度的失真,通过分析指出接触误差是影响VEST测量精度的重要因素。最后利用VEST在测量过程中的信息冗余,提出了两种提高VEST抗干扰能力的测量策略。通过理论、仿真证明两种技术措施能够有效提高VEST在测量圆柱中线廓形上的精度,并提出特定指标来评估VEST圆柱廓形测量过程的可靠性。实测比对证实了VEST更适合于表面形状误差较小的被测圆柱廓形的测量重建。选题研究所获得的相关结论对大型圆柱廓形精密原位测量具有一定的借鉴意义。
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