光栅尺测量精度误差补偿系统研究

文章主要研究影响光栅尺测量精度的因素,探索提高测量精度的途径。通过研究影响光栅尺测量精度的因素分析了其静态误差模型;然后,通过设计可调的光栅尺误差检测平台并结合优化的测量方案对各个测量点进行了大量的误差检测,并分析了各个测量点测量误差的统计特性,再对检测结果进行正态分布检验,获得了较为准确真实的光栅尺测量误差曲线,验证了其静态误差模型;最终在光栅尺数显系统分别采用全程线性补偿及分段线性补偿方法对光栅尺测量误差进行修正。实验结果经第三方计量机构检测表明:经一次全程线性补偿后,在直线光栅尺90mm测量长度内,测量精度由0~19.42μm提高到-3.26~1.32μm,经二次分段线性补偿后,测量精度提高到-1.453~0.9332μm。     

基于梯度提升树的回转体测量系统误差补偿

为提升回转体内径测量系统的测量精度,解决测量误差补偿问题,提出一种基于梯度提升树(GBDT)的回转体测量系统误差补偿方法。以自主研制的回转体内径测量机为研究对象,首先分析了其主要误差来源,然后测量标准件得到训练样本和测试样本,分别使用训练样本和测试样本对测量系统误差进行建模和补偿,最后与BP神经网络模型进行对比试验。结果表明,基于梯度提升树的测量误差补偿方法具有更好的补偿效果和稳定性,能有效提高测量的精度,使测量误差从4.7μm减小至1.2μm,误差减少了74.5%,具有工程应用价值。     

绝对式光栅尺测量精度补偿方法研究

文章研究绝对式光栅尺测量精度的影响因素,探索提高绝对式光栅尺测量精度的补偿算法。通过分析绝对式光栅尺测量精度的影响因素设计出绝对式光栅尺测量精度检测平台,在该平台上进行多次精度测量,得到误差曲线;根据误差曲线的特性,依次采用一次线性补偿,分段线性补偿和基于径向函数的神经网络补偿算法进行修正,并写入到绝对式光栅尺读数头内。从实验结果显示,绝对式光栅尺经过一次线性算法补偿后,精度提高到2.8μm,经过分段线性算法补偿后精度提高到1.08μm,经过基于径向函数的神经网络算法补偿后精度可提到0.65μm。表明以上三种算法都能达到对绝对式光栅尺测量精度进行补偿目的,对绝对式光栅尺精度的提高具有较大意义。     

轮廓仪非球面接触测量的核回归误差补偿算法

利用轮廓仪对非球面进行接触测量时,测头的接触测量力通常会引起形变误差。为了降低该误差引起的精度损失,提出了基于核回归的误差补偿方法。首先,根据长度计在非球面上的接触测量力,建立长度计的测头和测杆的形变模型,分析接触面形变与测杆弯曲形变引起的测量误差。其次,使用核回归法对非球面矢高测量数据进行局部加权拟合,建立非球面斜率测量的误差补偿模型。将该方法应用于金属抛物面元件的曲率、曲面常数、表面轮廓和粗糙度的测量。实验结果表明,通过接触测量力的误差补偿,测量误差可降低30μm,有效的提高了非球面接触测量精度。     

基于图像处理的数字刀具测量仪实验研究

研究了一种基于数字图像处理技术的高精密刀具测量仪。仪器使用红色LED光源垂直照射被测刀具,CCD数码相机采集刀具图像并转换成数字信号,通过通用串行总线接口传入计算机并由数字图像处理软件进行处理。图像处理软件采用一种改进的自动调焦算法实现大范围快速调焦,采用一种新的相机标定方法求解精确的标定参数,采用一种复合型亚像素边缘检测算法提取刀具边缘。仪器具有精度高和自动化程度高等优点,为数控加工中心的高精密加工提供了保证。实验结果证明:仪器的重复性测量精度可达3μm。     

影像测量中大视场相机畸变精确校正研究

针对影像测量中大视场相机畸变校正进行研究,提出一种大视场相机完全校正的方法。通过建立映射关系矩阵,实现校正完全和不完全图像间的坐标转换;结合图像坐标系和畸变理论建立误差补偿模型。结果表明:所提方法测量误差在17μm以内的测量数据达到91.43%。     

影像测量仪的测量误差研究

分析了影像测量的主要误差源,说明了多种测量误差的起因及消除方法.应用标准齿轮测定了自制影像测量仪的测量误差.结果表明:该测量仪的误差在齿轮标准的误差范围内,符合测量结果要求,也证明了误差分析的正确性.     

成形表面超精度在线测量仪的研制

设计研制一种用于成形表面接触式在线测量的超精度测量仪.它的优点如下:①测量力很小,(约0.001～0.0015N),对被测表面不会产生划伤、刮痕;②测量精度高,测量仪测头的倾斜与滑动引起的测量误差很小,且其运动通过极小型的激光干涉差分传感器进行检测,因此,其测量数据的相关性和重复性比传统的传感器要好得多,测量数据的重复性3σ小于0.1μm;③可实时进行测量,从测量仪测得的数据通过电脑同步输出,生产效率高.     

接触与非接触测量功能兼备的三维扫描测量仪

FARO日本公司开发了一种接蒯乍接触完全合并型的三维扫描测量仪——FARO Laser Scan ArmV3”，其特点是：①与该公司V2型测量仪50μm的精度相比，V3型测量仪的精度达到35μm，提高了30％；②利用电缆线能自由地进行操作；用电缆或无接口盒能对约10m的长度范围进行扫描测量；     

基于模糊C均值聚类法和多元线性回归理论的铣床热误差研究

为了降低铣床主轴旋转受温度影响而产生的位移变形量,提高铣床对零件的加工精度,采用了模糊C均值聚类法和多元线性回归理论对铣床主轴的热误差进行建模,实现铣床主轴加工误差值最小化;分析了模糊C均值聚类法筛选最优值的迭代过程,对铣床上不同位置的测量温度值进行分组,筛选出每组的最优温度值;采用多元线性回归理论,对铣床热误差理论预测模型进行了推导,通过实验验证多元线性回归理论所创建的热误差预测模型。实验结果表明:补偿前,铣床主轴Y方向和Z方向受温度影响产生的热误差最大值分别为45.0μm和28.0μm;补偿后铣床主轴Y方向和Z方向受温度影响产生的热误差最大值分别为3.2μm和3.8μm,误差范围都在4μm以内。采用模糊C均值聚类法和多元线性回归理论对铣床热误差进行补偿,铣床主轴运转受温度影响所产生的误差明显降低,从而提高了主轴定位精度。     

基于BAS-BP模型的在机测量系统误差白化建模北大核心

为了提高数控机床在机测量系统的测量精度,建立精确的、多因素影响下的单项误差白化模型,分析了在机测量系统单项误差的变化特点,提出一种BAS-BP建模方法,优化神经网络的权值和阈值,以空间位置和速度两种影响因素作为输入进行建模。以X轴5项几何误差为例,进行多元回归、BP和BAS-BP神经网络预测建模效果比较。实验结果表明,应用BAS-BP神经网络的预测建模精度最高,均方误差最大仅为0.7153μm。且能实现多因素影响下的几何误差白化建模,更适用于在机测量系统误差精确建模和后续的误差补偿。     

基于机器视觉的轴承沟道曲率半径在线检测

在实际生产线上,根据不同的尺寸偏差对同一型号的轴承沟道曲率半径进行在线检测。针对该问题,设计基于机器视觉的轴承沟道曲率半径在线检测系统,以替代人工检测。运用CCD摄像机与MATLAB图像处理技术相结合的方法,对零件进行非接触式测量,并对采集到的零件图像进行预处理;通过对比各种边缘检测算法,采用Canny算法求取像素精度的轴承边缘;利用圆的Hough变换检测出带有圆弧的圆特征,计算此圆弧的圆心坐标和半径值。实验结果表明:该系统的测量精度可达到0.5μm,测量标准差小于2.5μm,符合工业检测要求。     

基于机器视觉的影像测量仪自动寻边技术研究

影像测量仪的应用之一是对数控机床加工出来的零件进行测量,确保加工过程的精确性.在影像测量仪的自动寻边系统中,针对影像测量快速准确的要求,对寻边的路径提取和跟踪算法进行了改进.根据边缘线与图像视窗交点的不同情况,采用改进的行列交叉搜索法和切向跟踪法进行边缘路径提取和跟踪.在ubuntu10.04系统下,结合Opencv和C语言开发了整个系统的图像处理软件.实验对比表明,该自动寻边算法具有更高的寻边效率且边缘提取更准确,能为数控机床的加工提供更加精确的数据信息.     

全自动影像测量仪中双相机精确定位方法研究

为了实现影像测量仪双相机的精确定位,以满足批量多种类零件自动化测量需求。在现有的影像测量仪上引入由大视野相机构成的视觉引导模块,文中以改进后的影像测量仪为平台,利用大视野相机得到标定板的角点位置信息,结合小视野相机获得的实际位置信息,通过仿射变换建立两者之间的坐标转换关系,确定双相机之间的位置关系,实现双相机之间的相互精确定位。定位实验结果表明了文章所提方法的有效性,相对于传统定位方法其定位精度提高了16%,能够满足批量多种类零件自动化测量的需求,为后续的自动测量工作奠定了基础。     

激光扫描技术在钢板宽度检测中的应用

采用计算机数字图像处理技术对钢板宽度进行实时检测。在硬件结构上,采用双CCD感光器加激光线辅助光源扫描检测技术,提高系统检测精度。根据CCD成像原理及三角形相似定理,对因钢板宽度变化及钢板边缘上浮所引起的宽度变化计算模型进行了推导,提出了采用激光线遮挡板分线法来判定钢板边缘上浮所引起的测量误差,并根据误差测量结果,对钢板宽度进行了修正;同时,通过分析CCD激光线条最佳成像方法对系统进行了试验标定。结果表明,该系统的测量精度能满足实际生产需求。     

基于激光的立铣刀圆角半径测量误差补偿方法

数控加工中心在使用激光对刀仪测量立铣刀圆角半径时，即使经过精度调整和标定依然存在系统误差。分析激光对刀仪测量立铣刀圆角半径的原理，提出激光遮蔽误差是产生该系统误差的主要因素；建立激光遮蔽误差补偿表达式，进行实验验证。结果表明：补偿后测量误差从0.08 mm降低到0.02 mm，证明了该补偿方法的实用性。     

基于机器视觉的大型球墨铸铁管直径测量系统

为了提高大型球墨铸铁管的直径测量精度和效率,建立了一种基于机器视觉的大型球墨铸铁管直径测量系统,分析图像特点,提出了一种基于邻域灰度值差异的边缘检测方法。检测系统是由一台CCD相机、LED光源和计算机组成的机器视觉测量系统。CCD相机采集图像,对图像进行图像滤波、图像分割、图像边缘检测和图像亚像素边缘检测的处理后,提取管材的边缘轮廓,利用最小二乘法将管材两边缘点拟合为两直线,根据相机成像的小孔成像原理和圆柱物体的成像特性计算管材直径,建立了相应的数学模型。实验证明,本系统可以精确、高效的实时检测管的直径大小,测量误差小于0.1 mm,符合实际测量的需要,具有很高的实用价值。     

多工况下数控机床主轴热误差建模

单一工况条件下数控机床主轴热误差模型无法准确预测其它工况下的热误差。通过研究分析支持向量机回归的算法和参数的关系,提出一种经过遗传算法(GA)在多工况条件下优化的支持向量机(SVM)的建模方法。以一台数控车床为研究对象,进行热误差测量实验,利用电涡流位移传感器和温度传感器同步测量机床主轴两个方向热误差和温度变化数值,获取两种工况的建模数据。运用遗传算法对SVM的惩罚函数、核函数参数和不敏感损失函数进行多工况条件下的优化选择,建立机床主轴热误差补偿模型。通过热误差建模实验验证,该方法在工况一的残差为0.838μm,工况二的残差为0.653μm,在保持较高预测精度的同时,能在两种工况下进行有效的热误差预测,使热误差补偿更适合实际加工环境。     

基于改进蚁群算法的影像测量路径规划

针对影像测量仪测量路径问题,文中提出基于改进蚁群算法的影像测量路径规划方法。首先对影像测量仪测量路径问题进行分析,将其转化为求解TSP问题;其次针对传统蚁群算法解决TSP问题出现的搜索时间长、收敛速度慢的问题,提出引入模糊集合和隶属度的概念对信息素更新机制进行改进,减少搜索时间,提高收敛速度;引入信息熵概念,对算法的收敛判据进行改进;最后应用改进的蚁群算法对影像测量路径规划,进行验证实验。实验结果表明:该方法能有效的减小测量路径的长度和测量平台的运行时间,证明了该方法的有效性。     

基于支持向量机的校直机工件弯曲量测量误差补偿

针对自动校直机在工件弯曲量测量过程中的测量误差问题,提出一种基于支持向量机(SVM)的校直机工件弯曲量测量误差补偿方法。在试验过程中,利用偏摆检测仪将校直机测得的工件弯曲量进行标定,进而获取建模数据。模型训练过程运用交叉验证法对SVM的惩罚参数、核函数参数进行优化选择,构建SVM优化模型。利用SVM优化模型对不同工件同一测量位置的弯曲量测量误差进行预测补偿,通过对比预测补偿效果,SVM模型的补偿效果明显,具有工程应用价值。