大型球面磨削球度误差的原位判别与误差补偿

摘要

传统的球度测量方式主要采用三坐标测量机对球形零件的球度进行离线检测，这种方式一次只能测量上半个球面，若要测量完整球面，需要对球形零件进行翻转，从而引入重复定位误差。此外，采用离线检测的方式需要停机将工件送到检测装置上进行检测，降低了加工效率，且二次装夹时会引入重复定位误差，不利于后续的补偿。球度误差的原位判别与补偿可以提高加工效率，降低废品率，实现实时检测和原位补偿。因此，球度误差的原位判别与评定对于球面磨床的在位补偿具有重要意义。本文针对大型球面球度误差的原位判别与补偿方法进行了研究。对机床几何误差进行了建模与分析，对带偏球体表面磨削迹线进行了模拟仿真，基于机器视觉技术对图像进行了处理并计算各项误差，最后设计出一套球度误差在位补偿装置并提出了具体补偿策略。具体研究内容如下：
　　研究分析了机床几何误差对球体表面形状精度的影响规律。基于大型球面精密磨削原理，建立了球面磨床几何误差的数学模型，得到了纵向几何误差与球度误差之间的关系。建立了误差条件下球体表面单磨粒轨迹的数学模型，并进行了仿真模拟，分析了各因素对磨削迹线形貌的影响。
　　研究了球体表面磨纹轨迹的特性，提出了磨纹轨迹交错度的概念用于评判球体球度误差。根据交错临界位置条件推导了交错度的数学公式，分析了各因素对磨纹轨迹交错度的影响，揭示了磨纹轨迹交错度、磨床几何误差和球体表面形状精度的内在关系。
　　提出了磨纹表面交错度特征的提取方法。研究了图像处理的关键技术，使用边缘提取、图像分块、区域筛选、模板匹配、图像计算的方法，提取了磨纹表面交错度特征。根据图像自身特征对图像进行分块，基于球体表面磨削纹理特性提出了一种快速区域搜索算法，解决模板匹配时运行速度较慢的问题。针对不同类型磨纹建立了匹配模板库，最后实验验证了所提出的球度判别方法。
　　设计了一套基于双向微位移驱动器的球度误差在位补偿机构，基于所提出的球度误差原位判别方法给出了误差补偿策略，并对该补偿方式进行了可行性分析。根据压电陶瓷微位移驱动器所需承受的最大负载以及最大位移对微位移驱动器进行了设计选型，分析了该种补偿方式的优点与局限性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2球度测量的研究现状

1.3机器视觉技术在零部件检测领域的研究现状

1.4论文主要研究内容

第二章 几何误差对球度误差影响规律研究

2.1大型球面精密磨削原理

2.2展成法球面磨削几何误差对球度的影响分析

2.3几何误差和磨削轨迹线形貌的关系

2.4本章小结

第三章 基于球面磨削纹理的几何误差特征量研究

3.1磨纹轨迹交错度定义

3.2磨纹轨迹交错度与影响因素的关系

3.3磨纹轨迹交错度与球体球度的关系

3.4本章小结

第四章 基于图像识别的磨纹轨迹交错度特征提取方法

4.1磨纹轨迹交错度特征提取难点

4.2图像增强技术基础

4.3边缘提取

4.4图像分块

4.5区域筛选

4.6模板特征匹配

4.7图像计算

4.8方法评价

4.9本章小结

第五章 球度误差的原位补偿方法

5.1球度误差原位补偿方案设计

5.2球度误差原位补偿可行性分析

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2主要贡献

6.3后续研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文