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局部空间不依赖母性精度的内尺寸在机高速精密测量技术研究

批准号:
62101547
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李兴强
学科分类:
信息获取与处理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李兴强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目面向我国高端装备制造领域对大尺寸复杂结构件在机精密测量技术的迫切需求,针对复杂内尺寸精密测量缺少有效方法以及高速在机测量难以实现的难题和挑战,探索局部空间不依赖母性精度的在机高速精密测量新原理,提出基于激光射线簇的内尺寸测量新方法,揭示几何约束、物理约束等耦合作用下的多源激光动态测量机制,研究内尺寸几何特征精密提取与高速解析算法,实现复杂内尺寸的在机高速高精度测量,突破传统测量方法在现场高速精密测量应用中的局限性,为大尺寸复杂结构件的精密制造与在机测量提供理论基础与技术支撑。
英文摘要
Facing the urgent demand of on-machine precision measurement technology for large-sized complex structural parts in the field of high-end equipment manufacturing in China, this project aims at the problems and challenges of the lack of effective methods for the precise measurement of complex internal dimensions and the difficulty of high-speed on-machine measurement, and explores the new principle of high speed precise measurement in machine which does not depend on the maternal accuracy in local space. A new method for measuring the inner size of laser ray cluster is proposed, which reveals the dynamic measurement mechanism of multi-source laser under the coupling of geometric and physical constraints. We research the precise extraction and high speed analytical algorithm of geometric features of internal dimensions to realize high speed and high precision measurement of complex internal dimensions. The research results break through the limitations of traditional measurement methods in the field of high-speed precision measurement applications and provide theoretical basis and technical support for precision manufacturing and on-machine measurement of large-size complex structural parts.
本项目面向我国高端装备制造领域对大尺寸复杂结构件在机精密测量技术的迫切需求,针对复杂几何尺寸精密测量缺少有效方法以及高速在机测量难以实现的难题和挑战,展开相关新原理新技术的研究,实现典型尺寸的在机高速高精度测量,突破传统测量方法在现场高速精密测量应用中的局限性,为大尺寸复杂结构件的精密制造与在机测量提供理论基础与技术支撑。具体描述及效果如下:.1.在加工测量一体化过程中,工件表面残留的切削液会严重影响光学原位测量系统的精度。现有的固液耦合测量方法通常需要获取介质的先验信息,导致工件表面残留切削液时的精密位移测量问题未能完全解决。为此,本文提出了一种基于多波长协作的切削液残留表面精密位移测量方法。实验数据表明:采用多波长协作的新方法使得系统测量精度提升至少91%;引入深度学习算法后,测量精度在此基础上又提升了至少45%,测量系统最终精度优于10。.2.为探究光学后向散射对斜射式激光三角法的实际测量精度的影响,本文建立了一种粗糙表面等效散射模型,利用该模型获取了散斑远场的自相关特性,并分析粗糙表面微观属性、光波入射角和观察角的变化对散斑分布的影响。测试结果表明,传感器对于Ra<=0.8的粗糙表面,测量的平均偏差可达5-7μm。.3.散斑引起的测量不确定度是激光三角传感器实现高精度测量的主要瓶颈之一。为了解决这个问题,提出了一种动态散斑相关方法,用于减少激光三角法中散斑引起的测量不确定度。大量实验表明,对于表面粗糙度在Ra 0.4 ~Ra 3.2范围的物体的位移测量,DSC方法可以有效地将均方根测量误差降低至3~ 5μm。.4.现有的在机测量方法,其测量精度通常受加工及其辅助设备的母性精度影响,难以满足精密测量需求。为此,本文提出一种基于非相干信息融合的双激光协同内尺寸在机测量方法。实验数据表明,在传感器不确定度为±1.5μm的前提下,直径测量误差低于1.5μm,圆度测量误差为2~4μm,算法运行时间为1~1.5s,具有较高的测量效率及精度,证明了方法的有效性。
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