五自由度运动误差测量系统关键技术研究

设计了一种基于激光准直原理的运动平台激光五自由度运动误差测量系统,该系统基于双平行光束的准直原理对水平直线度、垂直直线度、偏摆角、俯仰角和滚转角误差进行同步测量。进行了系统直线度、偏摆角和俯仰角误差测量核心器件参数的自标定,针对双光束难以调平影响滚转角误差测量的问题,利用水平仪对滚转角误差进行补偿修正。对整套系统进行准确度比对实验,结果表明系统所测直线度、偏摆俯仰角和滚转角误差的准确度可分别达到0.8 μm,0.8″和1.5″,为机床几何误差测量技术发展提供借鉴。     

基于PSD的分离式长导轨直线度测量方法研究

利用分段拼接测量方法能够将PSD激光准直测量系统测量范围扩大,相较于传统长导轨直线度测量方法,该方法可同时适用于连续型导轨和分离式超长导轨的直线度测量。首先,在(-5～+5) mm测量范围内,通过激光干涉仪分别测得激光准直测量系统的接收靶在水平和竖直方向上的位移,误差均优于±(1μm+1%H)。然后,在40 m范围内与激光准直测量系统的直线度测量精度进行对比,二者水平方向直线度误差相差0.06 mm,竖直方向直线度误差相差0.13 mm。最后,在70 m分离式超长导轨上,测得水平方向直线度为0.50 mm,竖直方向直线度为0.53 mm。该方法可迅速定位和调整直线度误差极值点位置,能够较为有效地解决分离式超长导轨的直线度装配调试问题。     

被动式激光跟踪测量方法及其误差补偿技术

针对主动式激光跟踪仪跟踪测量系统复杂、研制成本高的问题,提出了被动式激光跟踪方法用于测量目标点的空间坐标。首先基于HTM方法建立被动式激光跟踪测量系统的误差分析模型,提出相关误差参数的检测方法,在对测量误差进行补偿后,被动式激光跟踪测量系统的空间坐标测量误差从550 μm降低为150.8 μm。为进一步提升测量精度,采集经误差补偿后的残余误差作为样本数据,利用BP神经网络对样本数据进行训练;利用训练好的BP神经网络模型对被动式激光跟踪测量系统的残余误差进行补偿,空间坐标测量误差从150.8 μm降低为51.6 μm。相较HTM误差补偿方法,HTM+BP神经网络模型的补偿效果提升了65.8%。     

基于休斯敦方法的机械手误差建模与分析

基于多体系统理论中的休斯敦方法,介绍了建立四自由度机械手误差模型的方法.首先阐述了机械手拓扑结构及误差条件下相邻体及其变换矩阵,然后建立了误差模型,最后全面分析了机械手的各项误差源,用MATLAB软件计算了总误差和系统误差,且对比了各单项误差源对总误差的影响,为误差分配和补偿提供了理论依据.所提出的误差模型和误差分析方法,对于多自由系统的误差分析和建模具有参考价值.     

合像水平仪示值误差的不确定度评定

合像水平仪是一种小角度测量仪器,主要用于测量相对于水平面的倾斜角度,也可用来测量两部件的平行度、导轨的直线度和工作平面的平面度。合像水平仪的示值误差是相对于"零位"刻度的零起误差。本文通过建立测量模型,分析在检定合像水平仪的过程中影响其示值误差的各种因素,从而评定其示值误差的测量不确定度。     

三坐标测量机直线度误差的测量

误差补偿是提高三坐标测量机整体精度的经济而有效的手段,本文利用精度等级更高的激光干涉仪对三坐标测量机的X轴直线度误差进行了测量,并得出了初步结论,为以后进行误差补偿提供了依据。     

基于安装误差的导引头隔离度测量值修正

为提高红外导引头隔离度的测量精度,结合导引头测试系统原理,分析红外导引头安装误差对隔离度测量值的影响。利用多体建模理论构建红外成像导引头安装误差模型,推导由安装误差所引入的导引头视线角速度测量误差,并对该误差所导致的导引头隔离度测量值的误差进行了仿真分析。最后,利用误差模型对隔离度测量值进行补偿,并利用半实物仿真系统进行实物测试,得到补偿前隔离度测量值为1.034%,由安装误差引起的测量值误差为0.129%,补偿后隔离度值为0.902%。测试结果表明了该方法的可行性,对解决红外成像导引头隔离度的高精度测量具有参考意义,为红外成像导引头的试验评估提供了理论基础与技术保障。     

超长导轨直线度对激光测长示值的影响北大核心CSCD

应用空间解析几何方法,从理论上对由于超长导轨直线度引起的角锥棱镜空间位置变动而最终导致的激光光程的变化进行了分析,并据此建立了相应的数学模型;结合实际测量中使用的超大量程激光测长机导轨直线度的实际测量数据分析了直线度对激光测长示值的实际影响,得出符合阿贝原则的测长机在26 m内由导轨直线度误差引起的激光测长误差小于0.1 μm的结论。     

一种共路补偿激光漂移的直线度测量方法

在激光基准长距离、高精度直线度测量中,空气扰动是影响其测量精度的一个主要因素。提出了一种简单的共路补偿空气扰动造成激光漂移的方法。角锥棱镜作为位置敏感器,四象限探测器探测角锥棱镜逆向反射光所携带的直线度误差,二维PSD和透镜用来监测空气扰动所带来的角度漂移。实验结果表明,通过补偿后,空气扰动所带来附加位置误差可以减少大约75%。     

激光干涉仪测量直线度误差因素分析

介绍了激光干涉仪进行直线度误差测量的原理,并详细讨论了直线度误差测量中影响测量精度的若干因素,最后给出直线度误差测量实例。     

双簧片导向机构的传递误差分析

双簧片导向机构是接触式测量常用的核心部件,广泛应用于自动检测中,其传递误差的模型直接影响传感器的测量精度.传统的建模方法采用悬臂梁整体柔性建模,不符合实际物理结构,在测量中会引起较大的传递误差.在建立导向机构整体力学模型的基础上,提出簧片机构柔-刚-柔悬臂梁分段建模方法,推导出簧片作用力和弯矩表达式,继而得出平动板寄生转角和传递误差表达式.最后通过有限元计算仿真技术,对悬臂梁分段模型与悬臂梁整体柔性模型进行仿真分析.仿真结果表明,柔-刚-柔悬臂梁分段建模方法比传统悬臂梁整体柔性建模方法的传递误差明显减小,验证了模型的有效性,从而为双簧片导向机构的设计、测量精度的动态补偿以及测量后数据处理提供了理论依据.     

电梯导轨质检系统中误差补偿技术的研究

介绍了一种对电梯导轨的各项几何参数进行同步、快速、综合检测的高精度检测仪器。文中提出了利用反转法对系统的误差进行补偿的原理和方法,有效地提高了系统的检测精度。     

长导轨直线度分段测量拼接方法研究

激光干涉仪测量超长导轨直线度时,因导轨长度超出干涉仪直线度测量范围,需分段测量后拼接,测量数据易受噪声和激光漂移等因素影响,导致拼接可能引入较大误差。通过分析拼接过程中的影响因素,结合长导轨结构特性,提出了一种将拼接公共点分布在相邻两节子导轨上,利用相邻两节子导轨夹角的稳定特性来实现长导轨直线度拼接的方法。通过仿真与实验,对比了30m范围内的直接测量法与坐标变换拼接法的测量结果,2种方法的直线度结果相差＜10μm,表明所提出的方法能有效减小拼接误差。将此方法应用于72m导轨的直线度测量,并与电子水平仪测量方法比较,2种方法结果相差10μm,表明所提出的方法可实现高精度的直线度拼接。     

直线导轨滚转角测量误差自校正方法

提出一种具有滚转角测量自动校正功能的五自由度运动误差测量系统,解决了平行双光束法在测量滚转角误差时受光束平行度影响较大的问题。介绍了平行双光束法测量五自由度运动误差的原理,建立了关于双光束平行度误差与滚转角测量误差间的模型,提出了基于双自准直单元的双光束平行度误差测量方法。实验结果表明:双光束之间存在15.4″的平行度误差时,可以将滚转角测量误差的残差由44″减小到2.7″。该校正方法有效提高了双光束测量滚转角的准确性,可用于直线导轨运动误差的在线监测。     

基于步距规的三坐标测量机的几何误差分析

利用高精密步距规对坐标测量机运动误差的分析进行了研究,建立了误差分离的数学模型,通过将步距规按一定规则在空间内摆放并进行测量,可以得出坐标测量机的定位误差、角摆误差、直线度误差和垂直度误差.该方法也可以应用在数控机床、加工中心等领域的误差分析.     

基于步距规的三坐标测量机的直线度误差分析方法

提出一种基于精密步距规进行坐标测量机直线度误差的分析方法,通过将步距规放置在测量空间的不同位置,根据三坐标测量机空间误差和几何误差的关系建立数学模型,从而得到其直线度误差,并通过仿真验证了其可行性.该方法可以应用在三坐标测量机的校准和安装调试,也适用机床导轨的直线度误差分析.     

按最小条件评定空间直线度误差的理论研究

本文首先按最小条件建立了评定空间直线度误差的非线性数学模型。通过误差分析，从理论上证明了该数学模型不能进行线性化处理，并提出了最小条件判别准则。文中给出了计算机评定空间直线度误差的实例。最后用几何方法验证了其判别的正确性。     

机床几何精度的在线激光测量与快速校准技术

为了改善机床的几何精度,达到高精度的三维空间定位,必须对它的垂直度误差与直线度误差进行测量与校正.传统的激光测量方法花费时间长,成本高.由ISO及ASME提出并由波音公司等应用的体对角线测量方法虽然速度快、成本低,但不能有效分离误差源.现介绍一种由美国光动公司发明的基于体对角线分步(或矢量)激光测量方法,该方法速度快、准确度高、成本低,可以分离误差源并对其提供补偿与校正.     

样条函数在激光跟踪仪测距补偿中的应用

激光跟踪仪测距精度取决于激光干涉仪(IFM)和激光绝对测距仪(ADM)的精度,就目前技术水平而言,IFM测距精度远高于ADM测距精度,因此需要对ADM测距误差进行修正。本文采用三次样条函数对激光跟踪仪全程ADM测距误差进行修正,并与线性误差修正方法进行了对比,结果显示三次样条函数能够更好地拟合误差曲线,改善修正后残余误差的均方差,均方差为0.007 mm,优于最小二乘直线拟合,从而提高激光跟踪仪测距精度和空间测量精度。     

伺服电机转子位置检测的误差分析与补偿

针对伺服电机转子位置检测中存在安装不方便、成本高等问题,提出了基于隧道磁阻效应和时栅技术相结合的转子位置检测单元的设计方案。将空间正交的一对TMR传感单元嵌入在电机的前端盖上,实现嵌入式位置精密检测。根据检测单元转子位置解算原理,分析了检测单元的安装误差、电气误差、电磁噪声误差等引起的误差成分。提出了基于超限学习机的误差补偿方法,通过对真实值和测量值样本的训练得到模型最优参数,根据模型参数建立转子位置的误差模型。利用所得到误差模型实现对转子位置的误差补偿。实验结果表明,在2000r/min匀速工况下,补偿前转子位置最大测量误差为4.64°,补偿后转子位置误差为0.315°,精度提升了93.2%,为伺服电机转子位置检测提供了新的方法。