基于NURBS控制点重构的曲面加工误差测量与评定技术研究

发布时间：2017-03-29 09:01

  本文关键词：基于NURBS控制点重构的曲面加工误差测量与评定技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车、模具和航空航天等行业的发展,具有自由曲面的零件在这些行业中的应用越来越广泛,对零件的制造精度要求也变得越来越高。自由曲面零件加工误差的测量和分析对提高零件的加工精度有重要的研究意义。NURBS方法在表示自由曲面时有很多优势,在加工曲面重构方面的应用很广泛。因此,在NURBS曲面理论的基础上研究自由曲面零件加工误差的测量技术对提高零件加工精度有十分重要的意义。本文在深入研究NURBS曲面相关理论知识和自由曲面测量技术的基础上,提出了一种新的基于在机测量NURBS曲面控制点重构的方法,该理论方法能有效快速地进行自由曲面加工误差的分析和评定。 首先,本文阐述了论文的研究背景和研究意义,详细介绍了自由曲面测量技术中的三坐标机测量技术、在机测量技术和NURBS曲面重构技术等领域的研究现状,简单介绍了曲面测量中的测头半径补偿技术,归纳了论文的框架和主要研究内容。在此基础上分析了通过修改NURBS曲面形状来重构NURBS曲面的技术,结合约束优化的思想提出了基于NURBS曲面控制点重构的曲面重构技术,利用VC++和OpenGL技术解决了NURBS曲面IGES文件的读写和显示问题。 其次,提出了一种基于NURBS控制点重构的在机测量技术。与传统的三坐标机测量技术相比,该方法结合NURBS控制点重构理论,可以在不移动零件的前提下在机床上直接进行测量,可以减小因零件重新定位而引起的误差,有利于精确测得加工曲面的加工误差。在此基础上重点分析了曲面测量过程中的测头半径补偿技术,提出了基于NURBS曲面法矢的测头补偿技术,并简单分析了曲面测量时的测点规划问题。在基于NURBS曲面控制点重构的方法重构加工曲面的基础上,利用优化算法计算加工曲面到理论曲面间的最小距离,并以此来表示曲面的法向误差；结合形位公差中的面轮廓度误差对曲面的加工误差进行了评定。 最后,针对所提出的基于在机测量NURBS曲面控制点重构的方法进行了实验研究。利用加工曲面上测点的坐标数据重构加工曲面,通过比较加工曲面和理论曲面获得曲面的加工误差,并评定了曲面的面轮廓度误差。实验结果很好地验证了所提出的方法的可行性和可靠性。
【关键词】：自由曲面 加工误差 在机测量 NURBS曲面控制点 误差评定
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG806
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-22
• 本章摘要11
• 1.1 论文研究背景与研究意义11-13
• 1.1.1 论文研究背景11-12
• 1.1.2 论文研究意义12-13
• 1.2 研究现状和发展趋势13-19
• 1.2.1 自由曲面测量13-16
• 1.2.2 测头半径补偿16-17
• 1.2.3 NURBS曲面重构技术17-19
• 1.3 论文结构体系和主要研究内容19-22
• 1.3.1 论文的总体框架19-20
• 1.3.2 论文主要研究内容20-22
• 第二章 NURBS曲面控制点重构方法22-40
• 本章摘要22
• 2.1 NURBS曲面的表达形式22-24
• 2.1.1 有理分式表示22-23
• 2.1.2 有理基函数表示23-24
• 2.1.3 齐次坐标表示24
• 2.2 NURBS曲面的性质24-25
• 2.3 NURBS曲面导矢计算25-28
• 2.3.1 B样条曲面的偏导矢25-26
• 2.3.2 NURBS曲面的偏导矢26-27
• 2.3.3 NURBS曲面法矢27-28
• 2.4 NURBS曲面的重构方法28-32
• 2.4.1 插入节点28-30
• 2.4.2 修改权因子30-31
• 2.4.3 修改控制点31-32
• 2.5 基于优化约束的NURBS曲面控制点重构32-34
• 2.6 NURBS曲面图形化显示及IGES文件输出34-38
• 2.6.1 IGES文件介绍35-36
• 2.6.2 读取IGES文件36-37
• 2.6.3 IGES文件输出37-38
• 2.6.4 NURBS曲面OpenGL显示38
• 2.7 本章小结38-40
• 第三章 自由曲面在机测量系统40-51
• 本章摘要40
• 3.1 曲面在机测量系统40-42
• 3.1.1 曲面在机测量系统介绍40-41
• 3.1.2 曲面在机测量系统的特性41-42
• 3.2 曲面在机测量系统设置42-45
• 3.2.1 测头开启/关闭方式设置42-44
• 3.2.2 测头标定44
• 3.2.3 测头配对44-45
• 3.3 曲面在机测量系统测量过程45-47
• 3.3.1 X、Y和Z单个平面测量46
• 3.3.2 内孔和外圆测量46
• 3.3.3 凸台和凹槽测量46-47
• 3.4 测头半径补偿47-49
• 3.5 测点规划49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 基于NURBS控制点重构的加工误差及其评定51-57
• 本章摘要51
• 4.1 曲面的加工误差51-54
• 4.1.1 曲面的加工误差51-52
• 4.1.2 点到曲面的最小距离52
• 4.1.3 曲面加工误差计算52-54
• 4.2 曲面加工误差评定54-56
• 4.2.1 曲面的面轮廓度误差54-55
• 4.2.2 曲面的面轮廓度误差评定方法55-56
• 4.2.3 曲面的面轮廓度误差计算56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 实验研究57-68
• 本章摘要57
• 5.1 实验方案设计57-58
• 5.2 实验过程58-64
• 5.2.1 NURBS曲面零件设计58-59
• 5.2.2 NURBS曲面零件加工59-61
• 5.2.3 测量坐标系标定61-62
• 5.2.4 测点规划62-63
• 5.2.5 加工曲面测量63-64
• 5.3 实验结果分析64-67
• 5.3.1 基于NURBS控制点重构的加工曲面64-65
• 5.3.2 基于Imagware软件重构的加工曲面65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 总结和展望68-71
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-71
• 攻读硕士学位论文期间发表的论文和参加科研情况71-72
• 参考文献72-74

【参考文献】

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本文编号：274073