基于接触式探针的半球谐振子原位测量方法研究

作     者：王峻澎 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：仇中军;路瑞军

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：半球谐振子 原位测量 轮廓度误差 最小区域法 

摘      要：半球谐振子作为谐振陀螺仪的关键部件,谐振子的加工精度直接影响陀螺仪的性能。为满足谐振子面形精度要求,在其磨削加工中需要进行多次测量,并根据测量数据反馈补偿加工。原位测量可以避免离线测量导致的工件重复装夹误差,有效提高测量精度和效率。因此实现半球谐振子的原位测量对于提升谐振子形状加工精度,提高半球谐振陀螺仪性能具有重要的影响意义。根据半球谐振子面形检测需求,本文对基于接触探针的原位测量方法进行研究,搭建了谐振子轮廓度误差原位测量系统,开发了基于最小区域法的谐振子轮廓度误差拟合算法,实现了高效高精度的谐振子面形信息获取和轮廓度误差检出。针对半球谐振子面形精度的测量需求,提出了基于接触探针的谐振子轮廓度误差原位测量方法,并搭建了实验测量系统。通过理论计算及运动仿真,确保测量系统在强度、刚度、模态及运动轨迹合理性方面满足谐振子测量过程对于测量系统的要求,在此基础上合理规划了谐振子的原位测量路径和测量轴转角。结合开发的高频数据采集系统,实现谐振子面形点云数据的高频采集。在分析原位测量系统误差主要来源及影响因素的基础上,通过补偿降低系统误差对测量结果的影响。开发了测量数据处理算法,对测量信号进行分析与处理。在此基础上对测量系统进行标定,结合坐标变换得到测头位置信息,并利用微球面半径补偿算法实现测头半径补偿。对谐振子的轮廓度误差评定方法进行了研究,建立基于最小区域法的误差评定模型。采用曲面细分法求解测点到理想面形轮廓的最短距离,并通过优化曲面细分算法的细分参数提高算法效率。在此基础上提出了一种改进的差分进化算法,对测点与理想曲面的空间位置进行最优匹配,从而准确获取谐振子面形误差分布。实验结果表明了轮廓度误差评定方法的有效性和可行性。