高速精密定位平台的偏摆误差实时补偿

针对二维直线运动平台末端出现偏摆误差、降低平台直线运动精度的现象,研制了一种新型的基于偏摆误差实时补偿的高速精密定位平台.基于电容式微位移传感检测技术,建立了新型精密定位平台的偏摆误差检测模型.采用赫兹接触理论,建立了滚珠导轨副的刚度模型,进而建立了基于滚珠丝杠驱动、直线滚珠导轨副支撑的宏动工作台的偏摆振动模型.实验结果验证了宏动工作台偏摆振动模型的有效性;采用微动工作台进行宏动工作台直线运动偏摆误差的实时补偿,新型精密定位平台的性能得到较大改善.     

丝杠传动工作台运动特性与误差分析

对丝杠传动工作台的微定位特性进行了实验分析,观察高速运行时工作台位移存在振荡现象,分析了这种现象产生的原因.对工作台这种非线性运动造成的运动精度不高提出相应的措施,对定位误差做曲线拟合,实现误差的软件补偿.结果表明,经补偿后,滚珠丝杠传动工作台的定位精度达到2 μm.     

利用差动原理和采样补偿提高工作台精度

针对精密定位工作台目前存在的高精度、大行程和低成本难以协调的问题,提出一种差动式结构的工作台,利用动态采样的方法对开环误差进行标定,建立误差模型,通过控制上下叠加的两个工作台差动对系统误差进行动态补偿.研究表明:利用差动原理对误差动态补偿的方法有效提高了工作台精度和系统灵敏度,为微位移机构的设计提供了新的思路和方法.     

直线位移工作台运动误差补偿方法研究

为了减小直线位移工作台的导轨运动误差,研究了一种基于光学原理,采用四象限光电探测器,通过计算机系统对工作台产生的导轨运动误差进行自动补偿的方法.根据补偿原理,构建了误差补偿数学模型,分析了光学系统的参数和系统输出特性之间的关系,并通过实验,阐述了影响补偿系统灵敏度的相关因素.实验表明该方法能够实现优于0.24 V/μm的灵敏度,补偿精度可达到0.4%.这种方法能够有效地提高直线位移工作台的工作精度,对行程小于100 mm的直线位移工作台具有一定的推广价值.     

数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用

对数控机床几何和热误差进行补偿是提高数控机床加工精度的有效方法.对数控机床的几何误差和热误差进行了分类并给出了建模方法.提出了一种基于外部坐标系偏移功能的误差实时补偿装置并叙述了其实现方法.在K360型数控车床进行了X轴定位误差和主轴径向热误差的补偿试验,证明了这种补偿方法在精度改进中的有效性.     

数显机床的非线性定位误差补偿系统

通过对装有光栅数显装置的机床及测量设备工作台定位误差的检测分析，提出了一种非线性定位误差在线补偿方法，并设计研制了一套具有非线性误差在线补偿的光栅数显系统，利用这套系统对机床工作台进行补偿前后的实测数据显示，可将系统定位精度提高一个数量级。     

PMAC下直线电机定位精度分析与误差补偿技术

目的为了消除直线电机在闭环控制下由外界因素造成的定位误差,提高零件的轮廓加工精度和表面粗糙度,推广直线电机作为微进给机构在非圆截面零件加工中的应用.方法可利用PMAC（可编程运动控制器）对直线电机进行位置环和速度环的双闭环控制,使其精确定位;分析并测定直线电机在闭环控制下的定位误差,建立误差补偿表,利用PMAC的误差补偿功能对直线电机的定位误差进行实时的软件补偿.结果因非控制因素引起的定位误差得到有效的补偿,提高了直线电机的定位精度,使得非圆截面零件的加工精度提升一个等级.结论分析闭环控制下直线电机定位误差产生的因素,测定其大小并开发基于PMAC下相应的软件误差补偿功能,有效的补偿了直线电机的定位误差.     

MEMS惯性测量组件的温度误差补偿模型研究

为了减少温度对MEMS惯性测量组件测量精度的影响,将MEMS加速度计、陀螺的零偏和标度因数统一进行温度建模,再用非线性回归法辨识出模型中的各项参数,然后采用逐步回归分析法对模型进行优化,对优化的模型方程和方程中各系数做进一步的显著性检验.对比温度误差补偿前后的试验结果表明,经过补偿后的加速度计和陀螺在全温范围内误差分别保持在10mg和0.04(°)/s以内,尤其是低温时补偿效果明显,最大约10倍,验证了温度误差补偿方法的有效性.采用该补偿方法,能有效降低温度的非线性对精度的影响,从而提高全温范围的测量精度.     

光纤白光应变测量系统的被动式温度补偿方法与实验研究

提出了一种应用于光纤白光干涉测量系统的温度补偿方法,在白光干涉测试光路、光程解调部分的温度屏蔽和隔离的前提下,采用多路温度传感器对光纤光路、光程匹配光纤、解调机箱内的温度进行实时监测,建立线性回归温度补偿模型,实现测量系统的温度补偿.实验研究表明:解调系统主要受光路温度、匹配光纤温度和机箱内部温度的影响,利用该补偿方法可以有效地降低温度对系统测量结果的影响,补偿后温度对测量结果的影响降低为原来的1/16.     

高精度间隙补偿式闭式气浮导轨性能的分析研究

本文主要研究了一种用于长行程，高运动精度要求的间隙补偿式闭式气浮导轨。在此气浮导轨中采用了气足的为气浮导舅的基本单元，其中两侧气足与工作台体的连接采用了自准式定位连接结构，以降低气足与工作台体刚性连接的高形位公差要求，同时一侧气足与弹簧串联后与工作台体连接，这样有效地补偿了长民轨两导向工作面不平行所造成的所膜间隙变化，从而降低了导轨形位公差的要求。     

晶圆传输机器人标定技术研究

为了提高高速高精度晶圆传输机器人的定位精度,建立了精度分析和运动学标定为一体的精度保障体系.针对机器人的特点,建立了误差模型,分析了各结构几何参数误差源的灵敏度,提出了结合几何误差迭代法和基于运动学逆解的非线性参数辨识的分步标定方法,对其进行了标定,并对几何结构参数进行了误差补偿.仿真分析以及实验证明:机器人定位误差达到0.07mm,有效地提高了机器人末端的定位精度.     

Design of a control system for a macro-micro dual-drive high acceleration high precision positioning stage for IC packaging

A macro-micro dual-drive positioning system showing good potential for high acceleration and high precision positioning required in IC packaging applications is devised in this paper. The dual-drive positioning stage uses a VCM (voice coil motor) driven macro positioning stage and a PZT piezo-electric driven micro positioning stage. The coupling characteristics of the system are analyzed to produce a control structure with a micro positioning stage that can dynamically compensate for the positioning error produced by the macro positioning stage. Models of the two positioning stages are described. The models cover both the mechanism and the actuator. For the macro positioning stage, friction characteristics are taken into account, and a controller with an LQG (linear-quadratic-Gaussian) control algorithm combining a feed-forward compensation algorithm is derived. A PID controller is used to control the micro positioning stage. Detailed designs are derived for the proposed approach, and the performance is validated by simulation. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50705027), the National High Technology Research and Development Program of China (“863” Program) (Grant No. 2007AA04Z315) and Self-Planned Task of State Key Laboratory of Robotics and System (HIT) (Grant No. SKLRS200804B)     

考虑工件热变形的大型结构件误差建模与补偿

为减少大型结构件的加工误差,基于热特性分析建立了考虑工件热变形的综合误差模型及其补偿方法.分析光栅尺温度变化产生热变形的机理,并通过热流研究光栅尺局部的非线性温度变化规律,对龙门加工中心几何误差和热误差分别建模,并叠加生成复合误差模型.建立工件热变形与温度变化量之间的线性模型,并分析加工过程中复合误差与工件热变形之间的相互关系,建立考虑工件热变形的综合误差模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研制的误差实时补偿系统,并依据考虑工件热变形的综合误差模型,实现对龙门加工中心的误差补偿.结果表明:只考虑机床误差时,复合误差模型有很高的预测精度,但并不能应用到有较大工件热变形的大型结构件加工中;而考虑工件热变形的综合误差模型在大型扭力臂的实际加工中效果良好,其加工定位精度至少提高了52%.     

可剔除重复装卡误差的高精零位检测方法

针对高精度轻武器瞄准镜的检测技术现状,研究了一种能够剔除重复装卡误差、实现瞄准镜零位变化量高精度检测的方法,采用光电自准直仪实现无穷远目标模拟和瞄准镜重复装卡误差的测量,CCD相机代替人眼进行瞄准镜内景物观瞄和瞄准点位置变化检测。对方法进行了原理公式推导、基于光电自准的装卡误差剔除方法建模、分析了瞄准镜零位变化量测量误差,并通过实验验证了方法的可行性。结果表明,该方法可实现0.01mil的高精度零位变化量检测,保证了瞄准镜零位变化量高精度的测量。     

基于模糊神经网络的水下潜器多变量解耦控制研究

潜器在水下进行特殊作业时，需保持空间六自由度的定位姿态，对定位的控制存在叉影响，因而给潜器的精确控制带来困难。针对这一控制非线性系统，提出了一种基于模糊神经网络(DFN)控制方法，该方法对非线性多变量动态系统具有较强的处理能力；它将多输入多输出的复杂系统转变成神经网络设计和耦合补偿结构，预估补偿器方法是通过预定试验的离线学习，获得耦合的预估知识，然后在线完成补偿，仿真结果显示该方法具有很好的鲁棒性。     

Adaptive estimation and nonlinear variable gain compensation of the contouring error for precise parametric curve following

Contour following is one of the most important issues faced by many computer-numerical-control (CNC) machine tools to achieve high machining precision. This paper presents a new real-time error compensation method aiming at reducing the contouring error caused by facts such as servo lag and dynamics mismatch in parametric curved contour-following tasks. Due to the lack of high-precision contouring-error estimation method for free-form parametric curved toolpath, the error can hardly be compensated effectively. Therefore, an adaptive accurate contouring-error estimation algorithm is proposed first, where a tangential-error backstepping method based on Taylor’s expansion is developed to rapidly find the closest point on the parametric curve to the actual motion position. On this foundation, the contouring error is compensated using a proposed nonlinear variable-gain compensation method, where the compensation gain is obtained according to not only the contouring-error magnitude but also its direction variation. The stability of the system after compensation is analyzed afterwards according to the Jury stability criterion. By design of the compensator in accordance with the presented contouring-error compensation method as well as the stability analyzation result, the balance between the response speed and the contour control stability can be effectively made. Experimental tests demonstrate the feasibility of the presented methods in both contouring-error estimation and contour-accuracy improvement. Contributions of this research are significant for enhancing the contour-following performance of the CNC machine tools.