平面度是工业零件生产中质量控制的重要检验指标,最广泛应用的三坐标测量机技术存在着采样点数量少、采集效率低的问题。提出一种基于条纹投影技术的非接触且结构简单的平面度测量系统,该设备向被测零件投射标准光栅条纹, 通过条纹图像的相位解算以及相位-深度标定过程, 实现对被测面的高效全场采样。通过最小二乘法计算理想的平面, 最后根据与该平面的偏差计算出平面度误差。实验结果表明, 提出的系统能够应用于一般工业零件的平面度测量, 并具有较小的测量误差和较高的重复性。

生产线上检测大型复杂工件平面度误差时, 存在检测面积较大、数据量较多的问题, 为了提高检测效率及精度, 采用优化算法提高其平面度误差评定速度。提出将差分进化(DE)算法应用在其平面度误差的评定中, 并提出将粒子群(PSO)算法的优化方法融入差分进化算法的框架, 改进变异操作以提高标准DE算法的收敛速度。介绍了大型工件平面度误差评定采用最小区域法的数学模型, 阐述了改进的DE算法的原理和实现步骤, 最后以叉车外壁板为例, 通过对外壁板平面度误差的评定以验证算法的收敛速度与精度。结果表明, 改进的DE算法在大型工件平面度误差评定中收敛结果稳定, 误差接近于0; 精度较遗传算法提高36.83%; 收敛速度较遗传算法提高58.33%, 较标准的DE算法提高28.57%。可以很好地应用在大型工件平面度误差检测中, 提高检测效率。

随着智能制造系统的迅猛发展, 应用元启发模式计算方法快速、准确地求解平面度误差值凸显出重大现实意义。为进一步提高平面度误差计算精度, 研究了一种基于浮点数编码的改进遗传算法, 在原有遗传算法的交叉变异基础之上, 引入模拟退火思想, 建立最小包容区域法的数学模型, 通过计算机仿真获得了最佳适应度收敛曲线和平均适应度收敛曲线, 优化结果表明相比传统遗传算法, 平面度误差计算精度提高了33.67%。本算法采用浮点数编码、三段式交叉、转轮式选择和最优保存策略, 借助模拟退火算法的局部搜索优势, 提升了算法的整体性能, 且更便于计算机编程, 可进一步推广应用到智能测量仪器的其他高精度形位尺寸计算问题领域。

为了快速准确地评定机械零件的平面度误差, 提出了基于几何搜索逼近的平面度误差最小区域评定算法。阐述了利用几何优化搜索算法求解平面度误差的过程和步骤, 给出了数学计算公式。首先选择被测平面的3个边缘点为参考点构造辅助点、参考平面和辅助平面, 然后以参考平面和辅助平面为假定理想平面, 计算测量点至这些理想平面的距离极差; 通过比较判断及改变参考点, 构造新的辅助点、参考平面和辅助平面, 最终实现平面度误差的最小区域评定。用提出的方法对一组测量数据进行了处理。结果表明, 在终止搜索的条件为0.000 01 mm时, 几何搜索逼近评定算法的结果分别比凸包法、计算几何法、最小二乘法、遗传算法和进化策略计算的结果减小了17.1、7.3、18.03、6.13和0.3 μm。得到的数据显示该算法不仅能准确地得到最小区域解, 而且计算结果有良好的稳定性, 适合在平面度误差测量仪器和三坐标测量机上使用。

为了准确快速评定平面度误差，提出将改进人工蜂群(MABC)算法用于平面度误差最小区域的评定。介绍了评定平面度误差的最小包容区域法及判别准则，并给出符合最小区域条件的平面度误差评定数学模型。叙述了MABC算法，该算法在基本人工蜂群算法(ABC)模型的基础上引入两个牵引蜂和禁忌搜索策略。阐述了算法的实现步骤，通过分析选用两个经典测试函数验证了MABC算法的有效性。最后，应用MABC算法对平面度误差进行评定，其计算结果符合最小条件。对一组测量数据的评定显示，MABC算法经过0.436 s可找到最优平面，比ABC算法节省0.411 s，其计算结果比最小二乘法和遗传算法的评定结果分别小18.03 μm和6.13 μm。对由三坐标机测得的5组实例同样显示，MABC算法的计算精度比遗传算法和粒子群算法更有优势，最大相差0.9 μm。实验结果表明， MABC算法在优化效率、求解质量和稳定性上优于ABC算法，计算精度优于最小二乘法、遗传算法和粒子群算法，适用于形位误差测量仪器及三坐标测量机。

为了获得单晶硅片化学机械抛光过程中护环对接触压强分布的影响规律,从有护环化学机械抛光实际出发,建立了抛光过程的接触力学模型和边界条件,利用有限元法对有护环抛光接触状态时的接触压强分布进行了计算和分析,并利用抛光实验对计算获得结果进行了验证.获得了硅片与抛光垫问的接触表面压强分布形态,以及护环几何参数对压强分布的影响规律.确定了护环抛光接触压强的分布也存在不均匀性,而且在硅片外径邻域内接触压强最大,并导致被加工硅片产生平面度误差和塌边.结果表明,当选择护环与硅片的间隙为0,负载比为2.5～3.5,以及适当的护环宽度时,可以改善接触压强分布的均匀性.