数控机床空间误差球杆仪识别和补偿

提出了多轴机床空间误差的球杆仪识别方法和补偿技术。建立了机床刀尖相对工件的空间误差的误差参数模型;给出了在机床工作空间中三个互相垂直的平面内,用球杆仪测量圆周运动的半径误差结合机床的空间误差模型识别定位、直线度、角度、垂直度和反向间隙等误差参数的方法。补偿试验结果证明该误差识别与补偿方法省时有效。     

基于球杆仪的五轴机床RTCP误差检测及补偿

针对五轴机床RTCP误差检测存在检测时间长、测量精度低的情况,提出用球杆仪检测RTCP误差的方法,分析可知AC双转台RTCP误差不仅有4项位置误差,而且存在4项角度误差和初始安装误差。根据机床运动链建立AC双转台RTCP误差模型,采用基于球杆仪的检测方法,并推导RTCP误差元素求解方法。通过误差补偿试验验证了误差模型和误差求解方法的准确性和有效性。     

五轴数控机床摆动轴几何误差的测量与辨识

提出一种基于球杆仪的摆动轴几何误差测量和辨识的新方法。通过圆弧测量轨迹测量球杆仪球心在回转工作台上3个安装位置的球心偏差,并利用齐次坐标变换理论建立其几何误差的辨识模型,分两步从球杆仪测量结果中辨识出4项轴线位置误差和6项运动误差。在转摆台式五轴数控机床上采用球杆仪进行实验验证,通过比较误差补偿前后球杆仪的测量值来验证辨识方法的有效性。     

基于球杆仪的三坐标并联动力头运动学标定方法

以一种新型3自由度并联动力头——A3头为对象,研究基于球杆仪检测信息的运动学标定方法。通过将误差闭环方程向支链驱动与约束方向投影,建立球杆仪检测信息与支链几何误差源的线性映射模型,所建模型可有效地分离出影响动平台可补偿和不可补偿精度的几何误差源。在此基础上,提出一种具有分层递阶格式的运动学标定方法,即首先识别出初始位形的支链零点误差,其次利用球杆仪识别其他几何误差源。计算机仿真和试验结果表明,所提出的运动学标定方法是有效的。     

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

基于参数化建模的球杆仪安装误差与直线轴几何误差分离方法

针对球杆仪圆测试中直线轴几何误差与球杆仪安装误差共同作用造成检测结果失真的问题,提出了基于参数化建模的球杆仪安装误差与直线轴几何误差分离方法.首先,通过齐次坐标变换建立了包含球杆仪安装误差与直线轴几何误差的杆长变化模型;其次,结合直线轴几何误差的位置相关特性对其进行参数化建模;接着,通过对直线度误差缺项建模,构建了可解的杆长变化参数化模型,实现直线轴几何误差与球杆仪安装误差的分离;最后,仿真验证了分离方法的正确性,并应用于实际的圆测试中,分离了数值为4.3 mm和18.7 mm的X向和Y向安装误差,X向与Y向综合几何误差分量变化范围由30.7 mm、27.9 mm减小为13.6 mm、11.4 mm,实现了球杆仪安装误差与直线轴几何误差的有效分离.     

球杆仪用于数控机床几何误差补偿的研究

介绍了利用球杆仪测试和辨识数控机床几何精度的方法,在精确掌握三坐标数控机床几何误差的基础上,通过建立三轴数控机床的几何误差模型,利用误差综合补偿软件进行了补偿实验.结果表明,机床的各项误差都有所降低.     

基于参数化建模的旋转轴误差快速辨识方法

针对现有旋转轴几何误差辨识方法计算量大且无法避免异常值等问题,提出了一种基于参数化建模的旋转轴位置相关几何误差快速辨识方法。首先,分析了旋转轴位置相关几何误差的特性,建立了测量旋转轴时球杆仪杆长变化的综合模型,并基于约束条件进行化简;其次,使用四阶傅里叶级数对5项位置相关几何误差进行参数化建模,并基于5种测量模式得到位置相关误差的辨识模型;接着,分析了球杆仪安装误差对杆长变化及辨识结果的影响规律并消除其影响;最后,在小型五轴机床的旋转工作台上进行了实验,辨识出旋转轴的5项位置相关几何误差,并通过改变安装位置和安装角度的球杆仪杆长预测实验对辨识方法的正确性进行了验证。     

基于球杆仪的数控机床误差识别与补偿

数控机床设备的运行技术误差,对于我国数控机床设备的生产技术水平具有深刻影响,本文围绕基于球杆仪的数控机床误差识别与补偿选取两个方面展开了简要的论述分析。     

基于球杆仪的三自由度串联机械臂运动学标定方法研究

考虑所标定机械臂的几何结构特点,采用修正五参数法描述参数误差并建立机械臂末端位置误差模型;在机械臂零位标定基础上,采用单球杆一次安装测得标定所需数据;基于机械臂和球杆仪所组成闭链的几何约束条件和末端位置误差模型建立参数误差辨识模型,并用非线性最小二乘迭代法求得几何参数误差。完成了标定实验,并采用综合误差补偿法进行了机械臂误差补偿。在给定的两条测试轨迹上,球杆长度变化差分别由标定前的0.395 mm、0.456 mm减小到标定后的0.005 mm、0.010 mm。研究表明:该标定方法有效正确,提高了机械臂的位置精度。     

基于误差传播理论的PnP问题姿态精度分析

提出了一种在辨识一组典型特征点误差关系的基础上,建立间接测量值与直接测量值之间的最有利函数关系,并根据误差传播理论综合其他特征点的误差影响,最终获得完整的方位、俯仰和倾斜角误差数学模型的PnP问题误差分步分析新方法。以P4P问题研究为例,推导得到了单目视觉测量中相关参数和变量的误差函数解析式,揭示了影响姿态测量精度的误差规律。经P4P姿态解算仿真,验证了误差数学模型的正确性,以及基于误差传播理论的误差分步方法的有效性。分析误差数学模型可以看出:在单目视觉测量参数确定的条件下,方位角测量误差与方位角值无关,与相机高度和合作标志尺寸的比值成正比,在较大范围内俯仰和倾斜角变化对方位角测量误差影响小;俯仰/倾斜角的测量误差与俯仰/倾斜角值有关,与相机高度和合作标志尺寸比值的平方成正比;方位角测量误差小于俯仰/倾斜角测量误差。给出的分析方法和误差解析数学模型对单目视觉测量系统设计有指导作用。     

方波磁光调制测量在航天器对接中的应用

为了精确测量航天器对接过程中最终逼近段航天器间的滚转角,设计了基于方波磁光调制的滚转角测量系统。利用法拉第磁致旋光效应并结合马吕斯定律,建立了方波磁光调制后输出信号的模型;通过分析输出信号的特点,推导了输出信号与滚转角之间的关系方程;利用滚转角变化过程中输出信号的增减性组合去除了方程的增根,最终得到了基于方波磁光调制的滚转角测量模型。仿真结果表明:文中提出的方法理论测量精度高,可测量-90～90°间的滚转角,优于传统方法。此外,利用方波信号调制具有数据采集简单、信号处理难度低等优势,是实现高精度大范围测量航天器间滚转角的一种新方案。     

锥形内表面干涉测量误差分析

为了实现对回转锥形内表面的形貌精密测量,分析了干涉测量中误差产生的原因,明确了误差对测量结果造成的影响。通过在圆柱坐标系下建立数学模型,推导出偏移误差和角度误差的数学公式,并对误差公式进行分析。结果表明:圆锥反射镜的偏移量和顶角的加工误差都会造成光程差;当偏移量极小时,光程差与反射镜偏移量成线性关系;光程差对于角度误差非常敏感,为了保证测量精度,需要严格控制圆锥反射镜的顶角大小。     

基于空间距离约束的姿态角现场精度评定方法

针对大型精密工程现场姿态测量精度评定的需求,提出了一种利用长度计量基准溯源姿态测量结果的姿态角现场精度 评定方法。 首先,介绍了激光跟踪姿态测量系统的基本组成及测量原理;其次,基于六自由度并联机构的正向运动学研究,建立 了空间距离与靶标姿态之间的数学模型,并通过蒙特卡洛法仿真分析距离约束测量精度、控制场布局以及系统工作距离等因素 对评定模型精度的影响;最后,搭建实验平台,利用精密转台的相对转动量作为角度基准,对本文研究方法的可行性进行了验 证。 结果表明:当距离约束测量精度为 0. 038 mm,控制场大小为 1 400 mm×1 400 mm 时,在-20° ~ 20°的姿态角变化范围内,评 定模型方位角精度为 0. 055°,俯仰角精度为 0. 058°。 本文研究方法避免了基于角度基准评定方法中较为严格的坐标系配准要 求,能综合反映测量系统现场使用状态,可为六自由度激光跟踪测量系统中姿态角现场精度评定方法提供参考。     

基于惯性基准的大尺寸空间角测量

针对大型装备装配过程中的大尺寸空间角测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法并且设计了相应的测量系统。该测量系统利用自准直原理获取被测轴线方向,通过内部陀螺仪和编码器测量被测轴线在惯性坐标系中的单位向量坐标,然后根据每个被测轴线在公共基准内的单位向量坐标值实现空间角的计算。建立了大尺寸空间角测量的数学模型,并对测量系统的测量不确定度进行分析和计算。最后搭建了测量系统的原理样机并利用原理样机在实验室进行了模拟测量实验。实验结果表明,原理样机的实际测量误差为14",满足了测量精度的要求。该方法采用惯性空间作为公共测量基准,有效地解决了测量大尺寸空间角时测量基准难以建立和传递的难题,使得测量过程更加灵活、高效。     

基于激光位移传感器的面角度测量技术研究

针对面角度现场测试需求,利用激光位移传感器的漫反射测量特性,搭建了面角度非接触测量装置,提出了一种结合三坐标测量机和位置敏感探测器对激光位移传感器进行空间坐标化标定的方法,从而构建出精确的面角度测量模型;采用蒙特卡洛法对面角度非接触测量装置的不确定度进行评定,在±25°测量范围内其结果为U=0.044°~0.046°(k=2);通过性能验证试验、重复性试验和稳定性试验对装置的性能指标进行考核,在±25°测量范围内其绝对测量示值误差不超过0.036°,重复性不超过0.004°,稳定性不超过0.021°;实验结果表明该基于激光位移传感器的面角度非接触测量装置准确可靠,具备开展面角度现场测试应用的前景。     

激光跟踪仪测角误差补偿

由于激光跟踪仪的角度测量精度直接影响仪器的测量精度,本文提出了用自准直仪结合多面棱体对跟踪仪金属圆光栅测角误差进行离散标定的方法。研究了基于谐波分析的误差补偿方法,取金属柱面圆光栅测角误差中幅值较大且相位基本不变的谐波分量建立了补偿模型,避免了最小二乘法不收敛的问题。分析了标定测角误差的不确定度,结果显示：水平测角精度补偿前后分别为1.60"和0.90",俯仰测角精度补偿前后分别为4.89"和0.91",精度分别提高了44%和81%,从角秒级提高到了亚角秒级。结果表明,提出的方法可为激光跟踪仪水平和俯仰轴系提供测角误差补偿,对类似测角系统的误差补偿也有参考价值。     

Analysis of simulated scanning of atomic-scale silicon surface by atomic force microscopy

This study constructs a contact-mode atomic force microscopy (AFM) simulation measurement model with constant force mode to simulate and analyze the outline scanning measurement by AFM. The simulation method is that when the probe passes the surface of sample, the action force of the atom of sample received by the atom of the probe can be calculated by using Morse potential. Through calculation, the equivalent force on the cantilever of probe can be acquired. By using the deflection angle equation for the cantilever of probe developed and inferred by this study, the deflection angle of receiving action force can be calculated. On the measurement point, as the deflection angle reaches a fixed deflection angle, the scan height of this simulation model can be acquired. By scanning in the right order, the scan curve of the simulation model can be obtained. By using this simulation measurement model, this study simulates and analyzes the scanning of atomic-scale surface outline. Meanwhile, focusing on the tip radii of different probes, the concept of sensitivity analysis is employed to investigate the effects of the tip radius of probe on the atomic-scale surface outline. As a result, it is found from the simulation on the atomic-scale surface that within the simulation scope of this study, when the tip radius of probe is greater than 12 nm, the effects of single atom on the scan curve of AFM can be better decreased or eliminated.     

双PSD实现长直导轨四自由度测量的新方法

介绍基于双PSD实现大长度宽范围直线导轨俯仰角、偏摆角以及空间二维直线度等四个自由度在线测量的新型方法,对其测量原理进行了分析和验证,并建立求取长直导轨俯仰角、偏摆角的数学模型和基于激光空间偏角修正基础上的二维直线度的数学模型;讨论影响测量过程的各种因素,提出消除其影响所应采取的措施。     

Design and dynamic analysis of single-axis integrated inertia measurement device

The structure and measurement theory of a single-axis integrated inertia measurement device are discussed in this paper.The acceleration and angle velocity can be detected by the proposed sensor at the same time.The kinetic model of the device is also established.In addition,the signal generation of the single-axis integrated inertiameasurement device is analyzed and simulated.The results of the model are consistent with simulation result.