大尺寸圆柱体几何参数测量系统研制

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1、大尺寸圆柱体几何参数测量系统研制任福明1章茂云’安立辉。梁巨峰’郝文龙2李明宇3(1．运载火箭技术研究院，北京100076；2．首都航天机械公司，北京1000763．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨I50001)摘要：在分析圆度误差和同轴度误差原理的基础上，研制出一种数字化测量装置，利用相对测量提取出待测特征点的信息，并用最小二乘法进行数据处理，得出工件的圆度和同轴度误差。与传统的手工测量相比，本系统精度高、方便快捷、应用性强。关键词：圆度误差；同轴度误差；最小二乘法DevelopmentofGeometricParameterMetricalSystemforLarg

2、eSizeDimensionCylinderPenFumin91ZhangMaoyunlAnLihuilLiangJufcn91HaoWenlon92LiMmgyu3(1．ChmaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing100076；2．CapitalAerospaceMachineryCompangBeijing100076；3．SchoolofElectricalEngineeringandAutomatic，HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract：BasedOiltheana

3、lysisofroundnesserrorandcoaxialityerroLadigitalmesBurelnenteqmpmentisachieved，whichgetsvaluebyrelativemeasurementanddataprocessingaswellasleastsquaremethod．Comp口edtotraditionalmanualmeasurglueut，thissystemshowshighaccumcy'convenienceandforcefulappficafion．Keywords：roundnessaTOr；coaxialityerro

4、r：leastsquareme山od1引言在航天工程中圆度和同轴度误差不仅是衡量飞行器装配质量高低的重要参数，也是研究飞行器轨道和姿态控制的重要因素。工业上对圆度和同轴度误差检测的方法经历了接触式测量和非接触式测量；离线测量和在线测量；被动测量和主动测量等。具体方法有：基于半径变化量的圆度仪、分度头法，与激光技术相结合的激光衍射法、激光三角法，基于坐标测量的三坐标测量机以及基于图像处理的测量方法等。目前利用百分表对大尺寸壳体的同轴度及圆度误差进行测量，采用人眼读数、手工计算和人工录入数据的方式进行进一步的计算，得到测试结果。这种数据处理方法存在着工作效率低、易出错、检测结果不易处

5、理和保存等问题。本文利用最小二乘法原理计算圆度误差，采用数字化仪表进行测量并开发了相应的澍量软件，实现对测试数据的自动处理和运算，快捷方便地输出测试结果和报表，并可保存和回放数据，可以极大地提高工作效率和测试准确性，对于提高航天产品的发射安全性和运行可靠性具有重要的意义。作者简介：任福碉(1954一)．酬高曩工程师，糟密机槭专业：研究方向：工艺管理、精密仪量与一量．收薯日期：2011-07-26格息化技求航天制造技术2最,b--乘圆法测量原理最小二乘圆是一个理想的圆，在满足偏心圆小于被测工件半径的条件下，使得从实际被测轮廓上各点到该圆心距离的平方和最小。最4"--乘圆可方便地用数

6、学方法求得，因此有广泛的应用价值。利用最小二乘圆进行数据处理的原理如下：图l为被测零件的轮廓。D’为测量中心，B为第f个采样点，D为最d"--乘圆圆心，坐标为(口，6)，R为最小二乘圆半径，n为只点的测量半径，P=00’为偏心距，缈为偏心距起始角，毋为0’P；与D’X轴的夹角。yJIJ形一J弋———～／＼／弋／图1最小二乘圆计算几何示意图由AO’Opf可得：rl-ecos(醉一咖+扣磊F夏丽(1)式中：满足P≤R，且lsin(e,一v)l-

7、：R=(1／刀)∑‘6=(2／刀)∑r,sinO,●f=lecos(0i一矽)=acosOi+bsinOf将(9)式代入(2)式可得：(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)岛=‘-R--aCOS01-bsinOI(10)通常，在测量的过程中，对n的测量多采用相对测量，故在上式的基础上通过进一步推导可得到下述(11)～(14)更为常用的公式。q=驰一AR—acos口t—bsinOj(11)AR=(1／n)y'觚i=i(12)口=(2／刀)∑COS口l(13)1=16=(2／力)