三坐标扫描测头研究与开发

作     者：张箎 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢文龙;刘晓军;蒋向前

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：三坐标扫描测头 差动式电感传感器 幅相检测技术 结构设计 神经网络标定法 

摘      要：三坐标扫描测头是三坐标测量机和其他三维探头扫描测量设备的核心部件之一,长期受国外垄断,不但价格高,而且难以应用于国产仪器和制造设备的二次开发。因此,研制自主的高精度、微测力、性能稳定的高性能三坐标扫描测头具有重大意义。本文基于电磁感应原理、幅相检测技术与神经网络标定技术,研究开发了一种新型传感和结构的三坐标扫描测头。提出了幅相检测技术与电磁感应原理相结合的差动式电感传感器技术方案,通过比较参考信号与差动信号的幅值比、相位差的技术手段,明显提高了电感传感器过零精度。提出了基于神经网络的差动式电感传感器标定方法,利用BP神经网络结合ALPHA滤波构建数据映射的方式,明显提高了传感器精度水平。提出了基于平行簧片的微平动原理的三维扫描测头新型结构方案,并基于平行簧片的测力-位移、位移-角度耦合、位移-位移耦合的关系,完成了三自由度微平移结构拓扑优化设计与动态响应分析,构建出质量轻、高响应、高精度的三坐标三维扫描测头。建构了三坐标扫描测头测试实验平台,并进行了测量力测试、单轴精度测试、综合测试实验,分析了系统的整体精度。