复杂型面七轴四联动精密检测技术及其应用方法研究

With the rapid development of automobile, construction machinery, petrochemical and energy industry, the high precision and reliability are required for the complex key components, such as complex bevel gears, crank shafts, cam shafts, screws and blades. Presently, the inspection of these components can only be implemented by using equipment imported from abroad. However, some core techniques are strictly controlled by foreign companies. Therefore, it is very critical to study and develop high precision measuring system for complex surfaces. And quality analysis and control of parts with complex surfaces can be implemented for equipment manufacturing enterprises. It is also very meaningful to break the monopoly of foreign countries..Based on the three-axis grating scanning probe and four-axis linkage, the key techniques on precision inspection with seven-axis four linkages will be studied systematically. The measured results can be analyzed according to the principle of surface profile. And the waviness and spectrum analysis will be studied for the quality control of parts with complex surfaces. Meanwhile, the influence law of error source will be analyzed by CAD modeling. To ensure the reliability and effectiveness for the machining quality analysis of complex surfaces, static geometric error modeling and continuous scanning of complex surfaces based on constant deformation will be analysied, which will solve the key issues of the complex surface measurement, including the accurate path planning and data sampling.

汽车、工程机械、石油化工以及能源等行业的快速发展，对复杂锥齿轮、凸轮轴曲轴、螺杆、叶片等装备制造中一些复杂的核心部件提出了高精度、高可靠性的要求。目前这些部件的精密检测多依赖进口设备完成，但国外企业对设备的一些关键应用技术严格控制。因此研发高水平的复杂型面精密测量系统，为我国装备制造企业提供先进的复杂型面加工质量分析与控制技术手段，打破国外在高端检测技术上的垄断地位，具有重要意义。.项目以三轴光栅扫描测头以及四轴联动装置为载体，对复杂型面七轴四联动精密检测关键技术开展研究。项目采用曲面轮廓度原理对结果加以分析，并研究复杂型面加工质量控制的波纹度与频谱分析方法。同时利用CAD建模技术对误差源影响规律进行分析，并结合静态几何误差建模，以及测头定长形变测量模式的曲面连续仿形扫描技术的研究，解决复杂型面测量的精确路径规划与准确数据采集难题，以保证型面加工质量分析的可靠性与有效性。

复杂型线型面因其优异的空间几何特性，在现代高速、重载装备关键零部件的重要工作部位结构设计中普遍采用，并广泛应用于汽车、工程机械、高铁精密传动，机器人关节精密变速装置以及螺杆转子、液压转子、轮机叶片能源动力等领域。工件型线型面的空间几何精度在很大程度上决定了应用装备的能耗、承载以及寿命等性能指标。本项目以三维精密扫描测头以及四轴联动装置为载体，对七轴四联动精密检测方法开展相关理论与应用研究，研发高水平复杂型线型面精密测量应用系统，力求解决上述复杂零部件在精密制造中的精度检测与质量控制需求。.课题组经过3年的理论与实践研究，建立了一套实用的多轴空间误差以及安装偏心精度分析与补偿模型，并利用计算机仿真技术，研发了计算机四轴CAD建模与误差分析虚拟应用平台，可实现机构各单项误差源的综合影响结果与影响规律分析。提出一套三维精密扫描测头精确优化标定方法，实现了基于坐标变换原理的七轴四联动装置三维测头安装误差的优化提取建模与求解。同时，以渐开线圆柱齿轮为研究对象，基于型线型面实测数据建立了特征参数优化计算模型，实现了圆柱齿轮的特征参数测绘与加工反调应用。.项目研究期间累计发表论文4篇（含已录用3篇），其中SCI源刊1篇、EI源刊2篇，均标注项目资助；项目研究期间获授权软件著作权5项、受理发明专利9项（其中7项已进入实审阶段）。相关研究获陕西省科技厅科技成果鉴定1项，相关技术累计在行业内应用超过30台套，直接经济效益超过1000万。项目研究完成的相关成果，具备了复杂型面高端精密测量装备的技术水平，可为我国装备制造企业提供先进的复杂型面加工质量分析与控制技术手段，具有重要理论意义与推广应用价值。