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模锻叶片快速测量及误差分析方法研究

   发布时间:2018-07-24   [点击量:323]  


本文是一篇在职硕士论文,近两年,专业硕士教育发展势头迅猛,不再是MBA一枝独秀,工程硕士、教育硕士、法律硕士等开端成为在职人士进修的抢手方向。专业学位教育首要培育理论与实践相结合的高层次工作人才。其要求报考者有必定年限的工作经历,绝大多数专业硕士还要求在职人员报考需经所在单位或相应管理部门的赞同,有的乃至要求所在单位引荐。今日为我们引荐一篇在职硕士论文,供我们参阅。
1 序言
1.1 课题来历
本课题来历于:(1) 国家自然科学基金项目“叶片型面机器人磨抛加工机理及工艺技能研讨”(项目号:51375196)。(2) 华中科技大学无锡研讨院与无锡透平叶片厂校企合作项目“模锻叶片检测及剖析软件研制”。
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1.2 课题研讨意图及含义
无锡透平叶片厂具有国内一流的叶片加工技能与加工设备。首要,选用精细锻压成型技能,锻压叶片坯料使其成型;然后,运用五轴五联动数控加工中心、四轴四联动数控加工中心等顶级设备,运用专用软件,选用数控加工技能对叶片型面进行精细加工成型;接着,运用专用辅佐设备,选用强力磨削技能精细加工成型,并运用三坐标丈量机凭借专用丈量软件对叶片制造精度进行现场检测;最终,运用其具有的全套叶片外表处理技能,依据客户需求能够对叶片进行外表处理。本研讨的检测目标是由坯料经过锻压成型粗加工后的模锻叶片。对锻压后的的叶片进行检测判别其是否满意技能要求,依据锻压技能指标除掉不合格的锻件;一起求取叶片的截面的欠压量与错模量,衡量该叶片的全体欠压量与错模量;在完结一个批次的一切叶片的欠压量与错模量后,对一切数据进行统计,取得锻模的合模差错,从而完结对锻模的调整、下降差错、进步良品率,进一步地,能够减少锻件的设计余量,下降加工本钱。经锻压后的叶片温度高达数百度,待其彻底冷却到室温的时刻过长。为了确保叶片生产功率,及防止设备折旧形成的本钱添加,又因为本检测工位对检测精度的要求比终检低,因而在热态完结叶片检测是必要的也是可能的。检测进程中跟着叶片温度的下降,叶片的形状尺度随之变化,为了确保丈量进程中丈量数据的一致性,需求丈量丈量进程快速完结。
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2 叶片非触摸丈量计划挑选
曩昔多运用三坐标丈量机[21-23]进行触摸式丈量。丈量头在触摸热态锻件时导致丈量头损害的概率较大,而且因为热态金属外表易变形,丈量头在触摸进程中会形成部分形变导致丈量差错,触摸式丈量手法一起还有着扫描丈量速度过慢的坏处,导致丈量进程中丈量数据一致性较低。对模锻叶片进行截面剖析时,软件需求方现在选用的是规范样模法,一起规范样模法也是国内外叶片加工丈量范畴运用最为广泛的检测手法之一。在检测进程中,将规范样模与待测的特征截面彼此挨近,依据目视规范样模和待测截面之间的透光量估量对应型线的差错[1]。虽然规范样模法丈量本钱低,可是它无法定量求取差错数值,而且有丈量成果不稳定的坏处。因而该办法也达不到前文所述的检测方针。各种触摸式丈量手法运用于本实例时都有其局限性,因而对一种非触摸的快速检测手法提出了需求[24-28]。本章将从丈量数据收集手法动身断定检测手法,并对收集到的数据进行预处理,完结主动化的数据收集。
2.1 叶片型面丈量数据收集
现在市面上出售的非触摸式扫描仪依照丈量机制分为两种:(1)依据激光测距机制的扫描仪,例如 FARO 公司的扫描仪 X 330、X130 等;(2)依据视觉成像机制的扫描仪,例如形创公司的 Handy Scan 系列产品、博尔科曼公司的 StereoScan 系列产品、ATOS 公司的蓝光扫描仪等。常用的激光测距法丈量设备有:(1)Leica ScanStation 2 扫描仪,结合工件旋转 3次,每次 120 度,丈量间隔为 15-20m,丈量成果最大差错为 8mm;(2)LaCam – Forge体系,操控与精度较高;(3)Top – Scan 丈量体系,精度为±5mm,丈量规模最大 7000mm;(4)Faro 扫描仪。以 Faro 扫描仪为例,激光测距法原理:三维扫描仪经过非触摸式高速激光扫描丈量,以阵列式点云的办法获取地势或杂乱物体外表的三维空间数据[29]。扫描仪工作区域:水平 360°,垂直 300°,扫描半径 0.2m-330m,如图 2-1。丈量速度能够设定为122000-976000 点/秒,测距差错最大为±2mm,丈量平面取得点集的规范偏差为0.15mm-0.5mm。
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2.2 点云数据预处理
在运用扫描仪获取数据后,需求将扫描数据与理论模型数据进行变换,以取得模锻叶片剖析软件能够处理的数据类型。取得了外表点云数据后,扫描仪体系会运用点云数据对模型进行曲面重构,取得被扫描铸造叶片的片体模型。模型重建有两种思路,一是在丈量点曲线拟合的根底上,经过曲面造型算法完结曲面(曲面片)的重构;二是直接对丈量数据拟合,生成曲面(曲面片)[35],在此根底上对面片及连接面片的节点进行简化,完结最终的网格化多面体模型,如图 2-11 所示。第一种处理办法多用于处理数据量不大、且数据呈有序摆放的状况。将扫描仪收集取得的模型在 Geomagic Qualify 中变换为 STL 格局的网格化点云模型,网格化点云模型是一种以三角片体为根本单位依照必定的差错要求拟合工件外表后取得的壳体模型,这种模型的根本存储元素有点、边、片体。每个点中能够存储的信息有:点的坐标值及点的法向方向,点法向为模型曲面在该点的法向方向,一般指向模型的外侧。每个边中能够存储的信息有:以点为存储单元,存储每条边的两端点信息;每个三角片体元素中能够存储的信息有:以点为单元存储三角片体三个角点;以边为单元存储三角片体三条边;三角片体的法向,面的法向能够指向面的恣意边,在 STL模型中,三角片体的法向一般指向模型的外侧。凭借 Geomagic Qualify 中“CAD”选项卡中的“转为多边形”功用,将 IGS 格局的理论模型变换为 STL 格局的网格化点云模型。
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3叶片配准算法研讨
3.1 配准办法概述............ 20
3.2 依据 Dijkstra 算法的符号孔节点提取算法..... 24
3.3 SVD 算法求解配准矩阵...... 32
3.4 依据手动选点的两步配准法........ 34
3.5 算法试验.......... 35
3.6 本章小结.......... 43
4叶片截面数据处理算法研讨
4.1 截面剖析办法概述.... 47
4.2 一种优化的截面数据切割办法.... 48
4.3 依据截面切割的欠压量与错模量求取............ 54
4.4 依据截面切割的叶片截面特征参数求取........ 61
4.5 截面特征参数求取比照试验........ 63
4.6 本章小结.......... 65
5模锻叶片扫描点评体系软件设计
5.1 软件全体结构............ 66
5.2 软件体系模块化完结.......... 68
5.3 体系丈量验证试验.... 75
5.4 软件存在的问题........ 79
5.5 本章小结.......... 79
5 模锻叶片扫描点评体系软件设计
需求运用本研讨算法编写软件,完结模锻叶片剖析软件的开发,满意软件需求方关于可视化及主动化的数据处理软件的需求。经软件需求剖析,模锻叶片剖析软件的首要功用有:扫描模型配准、 叶片差错剖析、叶片截面剖析、核算成果输出。具体功用如下:(1) 扫描模型与理论模型的配准是后续数据剖析的根底,依据配准模型的不同,软件需求一起具有依据符号点提取的配准以及依据手动选点的 ICP 配准;(2) 配准完结后进行全体差错剖析、差错谱图制作及采样点差错核算。全体差错核算首要用于配准完结后开始点评模锻叶片的质量;制作差错谱图可定性剖析叶身余量散布;经过手动点选及坐标输入的输入办法获取采样点并核算采样点差错能够定量剖析叶身余量;(3) 叶片截面剖析:能够求取采样截面的欠压量、错模量、最大厚度及弦长;(4) 陈述输出:输出模锻叶片剖析陈述,包含采样点差错、 欠压量、错模量、最大厚度、弦长等。经过软件需求剖析可得软件特性:(1)各个模块之间功用彼此独立,可是对模型数据的处理又相辅相成,当完结了一切功用及算法关于模型的操作后,需求将数据处理的成果会集输出;(2)各个算法需求经过图形化的显现窗口进行可视化地人机互动并显现核算成果,以取得直观的用户运用体会;(3)软件完结的各个算法功用需求具有易修正,易调试的特性,而且软件功用需求较强的扩展性,以习惯丈量新的运用目标时产生的软件需求改变。以上特性对模锻叶片剖析软件提出了很高的要求,需求运用一种优秀的软件架构以满意上述需求。


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总结
本研讨的使命:对模锻叶片扫描模型的配准及叶片截面特征参数的提取等关键技能进行研讨,并完结模锻叶片剖析软件的开发。本研讨开发的模锻叶片扫描点评体系凭借机器人、三维扫描仪完结数据收集,运用模锻叶片剖析软件完结数据处理,完结了模锻叶片的扫描收集——数据处理——成果输出的主动化解决计划。本研讨以运用需求为导向,对软件体系进行了依据功用的模块区分,别离剖析了各个模块的功用关键以及技能上的完结计划,对其间的模型配准及截面切割等关键技能进行了深化的研讨,并别离进行了试验剖析,与三坐标丈量机进行成果比照,证明了体系的精度满意运用要求。具体内容如下:
(1)比较了各种扫描仪计划,包含扫描仪精度、功率等特色,针对需求挑选了双目结构光式扫描仪配合机器人的扫描计划;论述了满意精度要求的 STL 扫描模型精简预处理办法,为运用本研讨开发的模锻叶片剖析软件处理数据做好了准备;
(2)依据实践配准需求,针对不同类型的模锻叶片模型,研讨了两种模型配准计划:依据符号点提取的 SVD 配准算法及依据手动选点的 ICP 主动配准算法,别离应对模锻叶片中有符号孔与没有符号孔的模型配准要求;经过试验剖析了符号点提取精度及配准算法对差错剖析形成的影响,经评论,本研讨的配准算法满意运用要求;
(3)在选用适宜的配准计划进行配准后,进行了模型的全体差错与采样点差错核算,并依照软件需求方的要求完结了差错谱图的制作,完结了手动采样与输入坐标采样两种采样点差错求取办法;在与 Geomagic 进行采样点差错核算的比照试验中,对相同采样点的差错进行了比照,经评论,本研讨的差错核算精度满意运用要求。
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参阅文献(略)

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