关节臂式坐标测量机测量力误差分析及补偿

针对接触测量力对关节臂式坐标测量机(AACMM)测量精度的影响展开研究。对测量力引起的长度测量误差进行理论和实验分析,得到测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形是影响关节臂式坐标测量机测头精度的主要因素。建立了关节臂式坐标测量机测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形的数学模型,并对测量结果进行了测量力误差补偿。实验结果研究表明,测量力引起的误差对接触式关节臂式坐标测量机测量精度影响很大。通过本研究成果,可在很大程度上补偿测量力引起的误差:平均长度测量误差降低82%左右,最大误差降低约47μm,有效地提高了关节臂式坐标测量机的测量精度。     

基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿

运动学标定是提高关节臂式坐标测量机精度的主要方法，但运动学标定后的残余误差对其测量精度和稳定性仍有很大影响。本文提出一种基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿方法，以提高关节臂式坐标测量机的测量精度。首先，在关节臂式坐标测量机运动学建模和误差建模的基础上，建立了运动学参数辨识模型，并依次进行角度参数辨识、长度参数辨识和长度参数等比例缩放的复合辨识，完成了七自由度关节臂式坐标测量机的运动学标定。其次，通过对标定后残余误差图谱的分析，发现残余误差与测量构型有关联，进而构建了以测量摆角、仰角、距离和转角为变量的测量构型。由于测量构型变量与残余误差存在强非线性关系，提出一种基于极限学习机的残余误差预测和补偿方法。通过实验对本文所提模型及方法的有效性进行验证，结果表明：进行残差修正后关节臂式坐标测量机的单点测量误差最大值由0.061 mm下降到0.044 mm，误差均值由0.023 mm下降到0.017 mm，误差标准差由0.011mm下降到0.007 mm；长度测量误差最大值由0.137 mm下降到0.074 mm，误差均值由0.033 mm下降到0.021 mm、误差标准...     

自驱动关节臂坐标测量机臂杆变形静态误差预测模型

自驱动关节臂坐标测量机关节上增加了驱动电机、减速器等器件,受重力作用导致杆件弹性变形,由此带来的测量误差不容忽略。基于旋量指数积公式建立了自驱动关节臂坐标测量机测量模型,建立了关节重力坐标系间变换矩阵表达式。因臂杆具有柔性,提出了自驱动关节臂坐标测量机静态变形误差预测模型。对自驱动关节臂坐标测量机三种典型姿态的臂杆变形误差进行预测,利用ANSYS Workbench软件进行有限元静力学仿真。设计研制了自驱动关节臂坐标测量机臂杆变形等效实验样机,进行了臂杆变形检测实验,实验结果表明,经臂杆变形误差预测模型修正后,变形误差减少了88%左右。仿真和实验的结果表明该研究可使自驱动关节臂坐标测量机的测量精度有效提高。     

自驱动关节臂测量机结构设计与仿真分析

为了使自驱动关节臂测量机的结构满足测量和定位精度要求,通过分析自驱动关节臂测量机的工作原理,建立了测量机的运动传递模型,完成了测量和定位误差源分析,在此基础上对关键部件进行设计和选型.对测量机进行了整体结构设计和关节结构设计,得到最优设计方案,在此基础上推算出各个关节的重力矩及惯性矩,完成了各关节模组的选型.建立了测量...     

基于改进模拟退火算法的关节臂式坐标测量机参数辨识

结构参数误差是影响关节臂式坐标测量机精度的主要因素之一,精确辨识其结构参数可以有效地提高测量机的精度。建立基于Denavit-Hartenberg模型的六自由度关节臂式坐标测量机坐标变换方程,分析基于锥孔的参数辨识原理,提出一种改进的模拟退火算法用于测量机的结构参数辨识,该算法在接近最优解时将减小搜索范围以提高搜索效率和求解精度,并保留中间过程的最优解。以单点重复精度为目标函数,利用改进的模拟退火算法对研制的六自由度关节臂式坐标测量机的结构参数进行辨识。实验结果表明,经过参数辨识后,测量机的单点重复精度提高了7.87倍,长度测量精度提高了5.59倍。     

便携测量技术在轨道交通门系统中的应用

介绍了关节臂式坐标测量机的测量原理和使用方法,采用Denavit-Hartenbeng方法建立关节臂测量机的理想数学模型。通过对测量数据与理论值的偏差计算,对坐标系进行平移和旋转匹配,使测量数据尽可能地包容曲面CAD模型,从而较好的解决了曲面匹配问题。关节臂测量机使在线测量更加方便快捷,它与传统的正交三坐标测量机相比具有高度灵活性,关节臂测量机改变了人们对坐标测量的理解。以门系统试验台架为例,阐述了关节臂测量机在轨道交通门系统安装、调试中的应用。     

基于RBF神经网络的关节转角误差补偿

关节转角误差对关节臂式坐标测量机的精度有非常重要的影响,影响关节转角误差的因素众多,难以用准确的数学模型来描述,为此提出一种采用三坐标测量机标定关节转角误差、基于径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络进行关节转角误差补偿的方法。应用该方法对关节臂式坐标测量机6个关节的转角误差进行离散标定,标定数据训练各关节的RBF神经网络,使用经过训练的RBF神经网络分别对6个关节进行转角误差补偿。试验结果表明经过补偿后关节转角精度提高了约两个数量级,基于RBF神经网络的补偿效果优于正弦函数补偿模型,且其适用范围更广,具有很强的工程应用价值。     

基于关节臂测量机的群孔位置度检测研究

具有圆周均布群孔的零件在机床设备中应用十分广泛，其孔系位置度直接关系到机器整体的装配质量。针对其位置度检测快速准确的要求，采用关节臂式测量机进行检测。描述了关节臂式测量机的基本组成及测量原理，建立了关节臂的运动学模型，详细介绍了使用关节臂测量的测量流程及关键技术要点。根据检测结果，圆孔直径及位置度最大偏差为0.022 mm和0.046 mm,均满足测量标准，反映出关节臂式测量机应用于精密检测的技术优势。     

关节式坐标测量机热变形误差及修正

关节式坐标测量机工作温度范围宽,可以在线测量,应用领域越来越宽.这也使得其热变形误差随着对测量机测量精度要求的提高越来越受到关注,并且对其必须加以修正.简要分析关节式坐标测量机主要部件由于温度变化对测量的影响.关节式坐标测量机热变形误差模型用单隐层带反向传播前馈神经网络建立,网络的输入是测量机两个温度参数和测头的坐标值,输出为测头坐标相对于20℃该点的变化量.通过试验获得数据样本,训练所建模型并进行仿真.试验结果表明所建模型对关节式坐标测量机热变形误差修正是有效的.     

关节臂式坐标测量机的运动学与工作空间分析

关节臂式坐标测量机的运动学理论模型和工作空间是其机械结构优化和精度分析的基础。首先利用D-H法建立关节臂式坐标测量机运动学理论模型,并在SolidWorks二次开发的基础上进行了运动学三维仿真以验证所建理论模型是否正确。然后,采用蒙特卡洛法对其工作空间分析仿真,得到了关节臂式坐标测量机的工作空间点云图。最后,利用层切法和边界扩展更精确地计算出该工作空间的体积,为结构优化提供支持。仿真结果表明关节臂式坐标测量机测量空间分布均匀,无空腔,满足实际测量要求。     

ERROR COMPENSATION OF COORDINATE MEASURING MACHINES WITH LOW STIFFNESS

0INTRODUCTIONWiththedevelopmentOfscienceandtechnology,thereqUirementtotheaccuracyofmeasurementisbecominghigherandhigher.Edercompensationisaneconomicandpowerfulmeansforenhancingtheaccuracyofcoordinatemeasuringmachines(CMMs).HoweverinmostcasesermrcompensationofCMMsisbasedonrigidbodyorquasi-rigidbodymodelwhichmeansthedeformationofthemachinecomponentisnegligiblesmallorisafunctionOfonlyoneargument.InthemachineshowninFig.1,whentableIisstiffenoughthedefoITnationofthebeamofbridge2dependsonly…     

Evaluation of a multi-sensor horizontal dual arm Coordinate Measuring Machine for automotive dimensional inspection

Multi-sensor coordinate measuring machines (CMM) have a potential performance advantage over existing CMM systems by offering the accuracy of a touch trigger probe with the speed of a laser scanner. Before these systems can be used, it is important that both random and systematic errors are evaluated within the context of its intended application. At present, the performance of a multi-sensor CMM, particularly of the laser scanner, has not been evaluated within an automotive environment. This study used a full-scale CNC machined physical representation of a sheet metal vehicle body to evaluate the measurement agreement and repeatability of critical surface points using a multi-sensor horizontal dual arm CMM. It was found that there were errors between CMM arms and with regard to part coordinate frame construction when using the different probing systems. However, the most significant effect upon measurement error was the spatial location of the surface feature. Therefore, for each feature on an automotive assembly, measurement agreement and repeatability has to be individually determined to access its acceptability for measurement with a laser scanner to improve CMM utilisation, or whether the accuracy of a touch trigger probe is required.     

柔性关节式坐标测量机的误差源分析与建模

近30年来研究发展了可用于多种制造业的各种几何形体参数测量的柔性关节式坐标测量机,它具有灵活、轻便、价格较低等优点,适宜于现场使用,但限制其应用的关键就是其测量精度问题,本文首先建立测量机的测量模型,然后对影响测量机精度的误差源进行分析,建立更有效的误差模型。通过求出误差模型中各个参数并进行修正补偿后,大大提高测量机的精度,并分析了测量机存在最佳测量区域的问题。     

3-PSS并联机构正解及其在坐标测量机中的应用

针对传统坐标测量机和关节臂测量机存在的技术局限,基于3-PSS并联机构原理,提出了只需一只长光栅、一条精密导轨即可实现三维空间精密测量的坐标测量机,并研究了测量系统的测量模型、测量误差模型及并联机构误差平均效应.根据并联机构基本理论建立了测量机的六杆测量模型,在此基础上进行了杆长制造、装配误差和光栅读数误差的理论分析.然后,从理论上展示和说明了并联机构存在误差平均效应的数学本质和依据.最后,介绍了样机的设计及制造,并给出初步的实验结果.在没有进行误差修正和系统标定的前提下,该样机在X,Y,Z3个坐标方向上的测量误差分别为0.029 mm,0.045 mm和0.058 mm.得到的结果可指导新样机的优化设计.     

Precision tracking control of a horizontal arm coordinate measuring machine in the presence of dynamic flexibilities

One of the major sources that affect measurement accuracy and limit the use of high motion speeds in coordinate measuring machines (CMM) is the position error. In fact, static and dynamic probe errors are more direct factors in measuring machine accuracy, but are not the subject of this research. However the accuracy of acquisition of component position errors using a CMM in motion is also of importance, hence the dynamics of a CMM need to be considered. Therefore, this research aims to model the dynamics of a horizontal arm CMM by considering drive flexibility at joints and evaluates the characteristics of the system for fine motion control purposes. Design of a precision tracking controller (PTC) to perform superior tracking for enhancing the measurement accuracy and the probing speed in providing less inspection time at high motion speeds is carried out. A dynamic model for the CMM is developed including drive flexibilities represented with lumped springs at the joints. Due to the non-collocated nature of the control scheme in the flexible CMM dynamics, a non-minimum phase system is observed in the proposed CMM model. Using the derived CMM model with joint flexibilities, tracking motion control simulations are conducted at different probing speeds for the cases where a PI controller and a feedback PTC are employed. A comparison of the PI controller with the feedback PTC is also performed. Results demonstrate that the effects of joint flexibilities on the contour error and probing speeds are significant and the PI controller is not capable of providing good accuracy during challenging tasks such as corner tracking. However, the simulation results indicated that by using the proposed feedback precision tracking controller, contour errors in corner tracking that are caused by joint flexibilities can be reduced effectively .     

悬臂梁式三坐标测量机的误差分析与修正

根据测量工字钢结晶器型腔的悬臂梁式三坐标测量机的结构进行了全误差源的分析,推导了计算主要误差来源的横臂梁的变形误差的计算数学模型。建立了悬臂梁式三坐标测量机的误差模型,并根据该误差模型进行了误差修正实验。试验结果证明:该误差模型可以减小并修正测量机的测量误差。     

三坐标测量机基本运动误差的相关性及建模

针对现有几何误差软件补偿过程中采用线性插值法推算模型中的18项基本运动误差存在的问题,从理论上分析了构件沿各坐标轴运动18项基本误差的直线度误差与转角误差的内在关系,提出用4层前向神经网络建立三坐标测量机18项基本运动误差模型。并以国产SZC-654型三坐标测量机为例进行基本运动误差神经网络建模研究,提高了误差补偿精度。     

悬臂式坐标测量机的设计和误差补偿

介绍了一种自主设计用于结晶器内腔测量的悬臂式三坐标测量机,分析了测量机的机械结构组成及各项几何误差。建立测量机的准刚体测量模型,以补偿各项主要误差,经过实验证明能够有效提高测量机精度。     

圆跳动误差测量及浅析

本文就跳动误差的三坐标测量方法进行研究分析,并对同一被测件用常规方法和三坐标测量方法进行测量实验,分析了测量结果的影响因素,为跳动误差的准确测量提供参考,并为现有三坐标测量机的测量软件升级提供依据。     

三坐标测量机非刚性误差的分析与补偿

根据移动桥式三坐标测量机非刚性效应测量误差的分布特征 ,通过对坐标测量机构件进行受力变形分析与建模 ,对坐标测量机的非刚性效应测量误差进行了分析 ,为高精度坐标测量机的误差补偿技术提供了新的思路