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根据网格片层体积测量原理的复杂实体三维数字化无损测量方法，设计并优化了三维无损测量装置的机械系统部分，三维无损测量装置的机械系统部分主要包括片层体积测量系统、精密装夹系统、精密运动控制系统。 在片层体积测量系统中，根据测量精度要求，设计了溢出容器、液体收集容器、精密进给机构，对精密电子分析天平、温湿度监控器进行了选型。通过分析测量液体的流量方程，优化了溢出容器中的溢出口和溢出容器外形尺寸，经过优化后的正方形溢出口的边长延长至10mm，溢出容器的外形尺寸优化至104mm×154mm×150mm。在体积测量系统优化设计完成后，建立片层体积测量系统误差补偿公式，进行实时误差补偿。经过有效误差补偿后的片层液体的误差值由0.0841cm3减少至0.0173cm3，误差补偿效果明显。 在精密装夹系统中，设计了连接杆件的横截面尺寸以及h型连接杆件，对高精度旋转平台进行了选型。通过误差分析可知，连接杆件的最大变形量影响片层液体的测量精度，因此对连接杆件进行了结构优化，经过优化后的连接杆件的变形量由1.837mm减小为1.4177mm，有效减少了测量误差。精密装夹系统优化设计完成后，建立误差补偿公式对精密装夹系统进行实时误差补偿，经过有效误差补偿后的片层液体误差值由0.2563cm3减少至0.0151cm3。 在机械系统各子系统设计完成之后，对机械系统的各构件进行整体装配。同时建立三维无损测量装置输入端与输出端的联系，利用matlab软件拟合出综合误差补偿公式，对三维无损测量装置进行综合误差补偿，经过实验验证，经过综合误差补偿之后的片层液体的误差值可减少至0.0071cm3，误差补偿效果明显。