大型零件在機接觸式跟蹤掃描測量方法及關鍵技術.pdf

1、在國防、航空航天、能源、運載等重大工程領域中普遍存在一類大型關鍵零部件，其加工難度大、性能要求高，制造質量成為制約裝備整體性能的關鍵要素。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，導致其加工變形難以得到有效控制，最終加工形貌呈個性化特征。若利用原始理論設計廓形進行常規(guī)數控加工難以滿足零件制造精度與性能要求。利用在機接觸式跟蹤掃描測量技術，構建測量-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接觸式跟蹤掃描測量精度與效率進一步提升的關鍵問題。本文依托國家自然科學基金重點基金《多源約束面形再設計類復雜曲面零件的加工理論與技術》、裝備預研基金重點基金《×××精密加工技術基礎研究》，結合中國運載火箭技術研究院委托項目，針對大型零件精密、高效在機接觸式跟蹤掃描測量中的關鍵問題，開展在機接觸式跟蹤掃描測量方法及關鍵技術研究，論文研究內容包括如下方面:
　　針對三維掃描測頭非線性及準正交互耦效應對測頭探測精度產生

3、的不利影響，分析正交三維模擬測頭傳感器非線性誤差及導向機構形變誤差，量化平行簧片機構寄生轉角與寄生位移對測量精度產生的影響，探究測頭準正交互耦效應的成因，并以DIGIT-03型模擬掃描測頭為例進行獨立非線性校準，在此基礎上實驗觀察測頭準正交互耦效應，并提出三維掃描測頭準正交互耦效應消減算法。
　　針對在機接觸式跟蹤掃描測量系統(tǒng)強實時要求、多遲滯環(huán)節(jié)、大環(huán)路負反饋隨動控制特性，建立包含驅動器、機械結構、檢測信號、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控制系統(tǒng)全局模型，給出跟蹤掃描隨動控制模型參數辨識方法，進而對控制系統(tǒng)動態(tài)特性進行了全局分析、揭示各干擾因素對隨動系統(tǒng)動態(tài)響應性能的影響規(guī)律。
　　為提高跟蹤掃描隨動動態(tài)響應性能，研究跟蹤掃描測量系統(tǒng)隨動控制算法。在傳統(tǒng)數控機床伺服軸控制算法基礎上，結合跟蹤掃描隨動控制模型，引入卡爾曼濾波器對隨動軸位置、速度及干擾噪聲進行預測，基于極點配置控制器調整狀態(tài)反饋增益進而改變閉環(huán)控制極點的預設自然頻率與

5、阻尼比，通過前饋零相位誤差跟蹤控制技術優(yōu)化隨動系統(tǒng)帶寬，根據摩擦力辨識值進行前饋摩擦力補償，降低隨動軸頻繁啟停、跟蹤換向時因摩擦力瞬變引起的跟蹤延遲。
　　為克服零件觸測面幾何與摩擦力特征對跟蹤掃描速度及穩(wěn)定性產生的不利影響，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)劃及觸測面摩擦動態(tài)補償控制策略，設計被測曲面幾何特征與摩擦力特征的識別與量化算法，制定針對跟蹤掃描測量的人工小腦模型控制器空間映射結構以及學習算法，根據空間鄰

6、域特征（包括幾何特征與摩擦力特征）自動預測觸測區(qū)域模型表面特征，實現跟蹤掃描速度的智能規(guī)劃與摩擦力動態(tài)補償。
　　針對現有在機點云數據精簡方法的不足，提出一種基于雙Akima樣條插值技術的三維空間點云數據在線精簡算法。算法利用雙Akima樣條擬合連接精簡點云記錄點，并以擬合曲線至原始采樣點最大距離與預設逼近誤差間的量值關系作為采樣點取舍標準。其精簡數據可直接用于數據后處理與直接數控加工，可保證預設逼近誤差、提高數據精簡效率，并實現