热态环形锻件外形尺寸在线测量方法

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环形锻件在火车、工程机械、轴承、船舶、石油化工、发电、航空航天、核工业等工业领域应用十分广泛,在其锻造的动态过程中,径向截面形线以及各尺寸数据的在线测量对控制其尺寸精度、减少废品率有着至关重要的作用。然而,环形锻件在锻造时处于高温及高速旋转的动态过程中,且激光扫描仪的扫描角度受限,故需要进行多次扫描。由于多次扫描造成扫描数据量很大,据此测量得到的径向尺寸精度较低。因此,提高环形锻件径向截面尺寸的在线测量精度,保证环形锻件的生产质量具有重要意义。本文对热态环形锻件外形尺寸在线测量方法进行了研究,具体研究内容如下:
  首先,对多次扫描得到的数据弧段进行拼接,以激光扫描数据的拼接重复部分为参考,将激光扫描数据描述成拓扑空间形式,利用原信息空间与其双重逆极限空间之间的拓扑传递性,结合信息增益率的概念,通过对每点的离散曲率和两点之间距离的研究,可以唯一确定截面形线未知部分一点的位置,重复运算可得出一条完整的环形锻件径向截面形线。
  其次,对这条完整的径向截面形线数据建立信息空间集合,并以连续的同心圆划分信息空间。根据信息空间内各区域间的信息关系,定义一致同构因子,并结合梯度下降法来求解待定系数。根据截面形线数据密度设定精简比率,通过精简比率与待定系数结合来确定每一同心圆各部分需要保留的点数,删去其余点及两同心圆相交部分的重复点。重复该方法遍历截面形线数据,对环形锻件的径向截面形线数据进行处理。处理后的径向截面形线宽度更窄且更均匀,使得从中提取的各径向截面尺寸具有更高的精度。
  最后,在实验室搭建环形锻件尺寸测量实验系统,分别以标准环形锻件和非标准环形锻件为实验对象进行实验,得到处理后的环形锻件径向截面形线。从该形线中提取环形锻件径向各数据尺寸的测量值,以用卡尺对环形锻件进行直接测量得到的测量值作为真实值进行比较,验证本文提出的热态环形锻件外形尺寸在线测量方法可以满足工业上要求的测量精度。
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