[01020618]轮廓参数高精度测量的优化技术及其应用

随着计算机技术在轮廓参数测量领域的广泛应用，机械产品数字化测量技术得以迅速发展，表现为基于CAD模型的自动多参数测量、复杂三维轮廓逆向工程中的密集采样扫描测量及其三维模型重构等。数字化测量技术存在多个方面的优化问题，如轮廓形状的优化拟合与匹配、测量采样策略的优化等。测量采样策略优化是指基于轮廓特征及其参数不确定度要求进行测量采样点的布局优化以及测量设备和测量方式的优化选择。实际测量过程中的采样策略主要取决于操作者的经验，往往造成评价结果的不统一，甚至引起严重的测量评估失控，使得测量结果失去意义。针对上述问题，在国家自然科学基金“基于特征模型的螺旋轮廓测量采样策略研究”、湖南省科技计划“大直径轴类零件在线高精度检测若干问题研究”等项目的支持下，针对圆、圆柱和复杂转子三维轮廓的测量优化问题进行了大量的研究工作，建立了轮廓特征模型和检验模型合理性的理论体系以及定量评价采样策略合理性的理论和方法：同时基于轮廓特征模型进行轮廓几何参数的估计，并综合轮廓形状特征、测量仪器特性、采样策略和参数估计方法，建立一套定量分析轮廓几何参数估计值不确定度的理论和方法。在上述理论研究的基础上，(1)针对复杂精密转子三维轮廓测量问题，研究了轮廓型线的NURBS模型表示方法，基于离散数据点进行轮廓的连续重构和转子型线的最小二乘优化匹配；在该基础上，研究测尖直径、采样密度、补偿算法等对轮廓测量精度的影响，从而为优化选取测量参数和评价测尖半径补偿算法提供依据；最后开发了转子测量专用数据处理软件，针对不同规格的转子自动优化测尖半径、扫描测量密度等参数，并自动完成测尖半径补偿，在转子的径向截面上扫描测量，即可完成转子型线形状的评估，以及转子导程等其他参数的测量。(2)针对大型轴类零件便携高精测量问题，研究了基于弓高弦长法的大轴直径和圆度测量方法，采用非接触式高精度激光位移传感器进行弓高的相对测量；测量仪初始弓高和弦长由已知尺寸的两个大圆盘进行标定；标准尺寸的大圆盘在三坐标测量机上精确标定；弦长参数根据具体待测大轴直径优化选取等技术手段设计开发了大型轴类零件尺寸形状高精度在线测量仪。(3)针对薄片零件形状尺寸多参数高精度测量问题，进行了基于机器视觉的薄片零件检测系统关键技术研究，研究了基于CAD信息的线扫描步长自适应优化方法、基于三次样条插值的矩形透镜法亚像素边缘检测方法以及基于曲率与HOUGH变换的平面轮廓图元识别方法等，在该基础上设计开发了电机散热板多孔尺寸形状机器视觉测量仪。项目在测量优化理论与技术上的创新成果对于规范几何产品检验过程中的采样策略和数据处理、提升中国制造业计量信息化水平具有重要意义。项目研究成果发表了学术论文30余篇，设计开发了相应的测量装置和测量数据处理软件，应用于机械产品测量检验，取得了良好的经济效益和社会效益。