复杂曲面在机激光扫描测量技术研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870516-S189学科分类号：082503硕士学位论文复杂曲面在机激光扫描测量技术研究研究生姓名夷宏明学科、专业航空宇航制造工程研究方向三维几何测量指导教师张丽艳教授南京航空航天大学研究生院机电学院二Ο一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonon-machinemeasure

2、mentofcomplexsurfaceusingalasersensorAThesisinAerospaceManufactureEngineeringbyYiHongmingAdvisedbyProfessorZhangLiyanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016本文工作受下列项目资助国家自然科学基金项目（No.51575276）航空科学基金项目（No.2013162

3、5）航空科学基金项目（No.20141652015）承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要复杂曲面广

4、泛应用于齿轮齿面、航空发动机叶片、飞机和汽车外形、模具型面，其加工质量是影响零部件使用寿命、工作性能和安全性的重要因素。自由曲面零件的加工往往工艺复杂、工序繁多，为了使后续工序能够根据前道工序完成情况进行适应性加工，需要在两道工序之间对工件外形的实际状态进行测量。传统的三坐标测量机等离线测量方法不仅效率低，而且很难满足加工现场测量的需求。为此，针对复杂曲面零件多工序加工过程中外形测量的快速性、现场性、准确性要求，本文设计并实现了一套复杂曲面在机激光扫描测量系统OMSM，主要研究内容及成果包括：1.提出了将测距式激

5、光测头与五轴数控机床相结合来实现复杂曲面零件在机激光测量的总体方案。通过机床数控系统使激光测头随机床做精确可控的运动，实现激光测头对工件快速扫描测量，可以采集到工件外轮廓密集的三维数据点集，具备信息全、精度高、效率高、非接触等优点。2.研究了协调数控机床（运动执行单元）、激光测头（数据采集单元）和测量软件（上位机）之间的协调同步方法，实现了整个系统在激光测头高采集频率和机床高速运动情况下的正确运行。3.针对本文研究的在机激光扫描测量系统，提出了一种激光测头安装位姿的线性标定方法。该方法以标准球体为标定靶标，通过在

6、多个角度对标准球进行测量并拟合球心，最终求解出激光测头偏心和偏角的最优解，标定过程简单，精度可靠，适合工程实际应用。4.研究了在机激光测量数控程序的自动编程方法，针对双摆头五轴数控机床的结构特点，给出了在机激光测量的后置处理方法，实现了在机激光扫描测量机床数控程序的自动编程。在相关技术研究的基础上，构建了在机激光测量原型系统，并自主开发了在机激光测量软件。最后针对整个系统在航空发动机叶片加工中的应用，进行了实验验证。关键词：复杂曲面，在机测量，激光传感器，系统标定，系统协调同步i复杂曲面在机激光扫描测量技术研究A

7、BSTRACTComplexsurfacesarewidelyusedingearsurfaces,bladesofaviationengine,aircraftfuselage,automobilebody,moldandsoon.Thequalityofcomplexsurfaceisanimportantfactoraffectingtheworkinglife,performanceandsafetyoftheparts.Thesefree-surfacepartsaretypicallymanufact

8、uredinmultiplesteps.Inordertocarryoutadaptiveprocessinthesucceedingstep,therealshapeofthepartaftertheprecedingstepusuallyneedstobemeasured.However,thetraditionalCMMisnotonlyinefficient,bu