直线度误差组合分离方法及其误差分析

在分析了精密和超精密加工技术的发展对直线度误差分离技术所提出的新要求的基础上,介绍了为满足这些要求而发展的时域逐次两点法、三点法、精密逐次三点法、广义两点法以及频域方法,从数据融合和信息提取角度解释了方法的发展趋势,并提出了n阶误差分离模型。同时结合对这些方法的误差分析,提出了一种三次数据融合的时域直线度误差组合分离方法。这种方法以两点法为主,结合了广义两点法和时域三点法,使用三点法分离出的摆角补偿两点法的分离结果,使用广义两点法提供各组两点法分离结果之间的相对位置关系。提高了测量精度,对传感器的初始对准没有严格要求,避免了传感器初始对准误差的非线性累积和两点法中的摆角误差,可以满足超精密直线度测量的要求。     

平行三点法圆度误差分离技术的精度分析

阐述了一种能临床测量与分离工件圆度误差和主轴系统回转误差的新方法——平行三点法误差分离技术的测量原理 ,定量分析了测量装置的结构参数、传感器初始调零误差、传感器随机误差和标定误差对圆度测量精度的影响 ,给出了误差传播方程。并讨论了一些消除或减小上述误差的方法。     

基于频域--时域的机床直行部件运动误差在线测量

提出了以频域三点法求得的直线度误差为递推叠代初值的精确时域两点法测量机床直行部件运动误差的新方法。频域三点法所使用的测量数据是通过把传感器拾取的原始数据做对称延拓预处理后得到的，这样就可以避免经典频域三点法测量直线度误差时，由于直线度误差的非周期性、非封闭性以及端点不连续而引起的高阶谐波分量失真边缘效应。同时，利用现代控制理论分析了经典频域三点法的谐波抑制特性。并通过实验验证了该方法的正确性。     

基于误差分离技术的圆度误差在位测量

总结了现有用于在位圆度误差测量的误差分离技术,并对经典频域三点法、时域三点法、频域三点法的近似实现方法和频域三点法的改进实现方法的测量特点进行了评述。针对球度误差没有实现在位测量的问题,将圆度误差分离技术引伸到球度误差分离技术,并在理论上进行了探讨。     

基于误差分离技术的圆度误差在位测量

总结了现有用于在位圆度误差测量的误差分离技术,并对经典频域三点法、时域三点法、频域三点法的近似实现方法和频域三点法的改进实现方法的测量特点进行了评述.针对球度误差没有实现在位测量的问题,将圆度误差分离技术引伸到球度误差分离技术,并在理论上进行了探讨.     

机床主轴运动误差的在线高精度测量

常规时域三点法误差分离技术可以在线测量机床主轴的回转运动误差，但初值问题是影响测量精确程度的主要因素。为此，作者提出了先使用频域法确定表面形状误差的误差初值，然后用时域三点法测量数控机床主轴运动误差的新方法。该方法有效地解决了限制时域三点法应用的初值问题，实验证实了该方法的正确性。     

两非正交传感器测量主轴回转精度的误差分离技术研究

提出非正交安置两传感器在线测量主轴回转精度的误差分离技术理论,可同时获得主轴回转误差和工件圆度误差的测量结果。本方法虽然存在原理误差,但具体实施时却有传感器安装调整容易、测试系统简单、成本低廉和便于测量等诸多优点。较现行三传感器法更具有实用性。同时讨论了实际测量保证误差分离精度注意的几个问题。     

两非正交传感器测量主轴回转精度的误差分离技术研究

提出非正交位置两传感器在线测量主轴回转精度的误差分离技术理论，可同时获得主轴回转误差和工件圆度误差的测量结果。本方法虽然存在原理误差，但具体实施时却有传感器调整容易、测试系统简单、成本低廉和便于测量等诸多优点。较现行三传感器更具有实用性、同时讨论了实际测量保证误差分离精度注意的几个问题。     

直线度误差分离方法的误差分析

本文在研究精密和超精密加工技术的发展对直线度误差分离技术所提出的新要求的基础上,定量分析了传感器初始对准误差、忽略摆角误差和传感器漂移特性差异在时域和频域直线度误差分离方法中造成的误差,同时指出了频域方法中权系数对测量误差的放大作用。     

一种圆柱度测量基准的误差分离方法

通过对主轴回转误差运动的分析，结合三点法圆度误差分离技术，提出了一种完全分离圆柱度测量基准误差的分离方法，即利用主轴回转轴线平均线、测量传感器及直行导轨之间的空间位置关系，建立相应的坐标系，在分离出被测截面圆度误差、最小二乘圆心初始坐标的基础上，完整地分离出影响圆柱度精密测量的径向回转运动误差和导轨的直行运动误差。该技术不仅可以消除测量基准误差对圆柱度测量精度的影响，还可以实现主轴回转误差、导轨直线度以及导轨对主轴平行度误差的精密测量，对高精度误差补偿加工和机床的精度检验也具有重要意义。     

A new multiprobe method of roundness measurements

This paper presents a new multiprobe method for roundness measurements called the mixed method. In this method, displacements at two points on a cylindrical workpiece and an angle at one of the two points are simultaneously monitored by two probes. The differential output of the probes cancels the effect of the spindle error, and deconvolving the differential data yields the correct roundness error. The mixed method is compared to the traditional 3-point method with respect to the transfer function and resolution. Unlike the 3-point method, the mixed method can completely separate the roundness error and the spindle error, and can measure high-frequency components regardless of the probe distance. Resolution can also be improved throughout the entire frequency domain by increasing angular separation of the probes. An optical sensor specifically suited to the mixed method is designed and used to make roundness measurements. A fiber coupler and single-mode fibers are used in the sensor to divide a light beam from a laser diode into two beams, resulting in a compact sensor with good thermal drift characteristics. The displacement meter of the sensor is based on the imaging system principle and has a resolution of 0.1 μm. The angle meter is based on the principle of autocollimation and has a resolution of 0.5 in. A measurement system is constructed to realize measurements of roundness by using the optical sensor. Experimental results confirming the effectiveness of the mixed method for roundness measurements are also presented in this paper.     

An accurate probe pre-travel error compensation model for five-axis on-machine inspection system

On a five-axis CNC machine tool, the pretravel errors of touch-trigger probes are severely affected by gravity and must be compensated to ensure the required measurement accuracy. The situation is more complex than that of the three-axis on-machine inspection system. This paper proposes a simple and accurate modeling and compensation method for the probe pretravel error of a five-axis on-machine inspection system. First, the pretravel error for the 5-axis CNC tool is decoupled into three parts, which are analyzed based on the probe's mechanical structure. Then, a new calibration point selection strategy is proposed to obtain the accurate reference sphere center. Finally, we carry out calibration tests to validate the proposed method. The compensation results show that the proposed compensation method for the probe pretravel error under the influence of gravity (PPEUG) can improve the accuracy considerably.     

High-accuracy roundness measurement by a new error separation method

This paper presents a new error separation method for accurate roundness measurement called the orthogonal mixed method. This method uses the information of one displacement probe and one angle probe to separate roundness error from spindle error. This method was developed from the mixed method, which uses the information of two displacement probes and one angle probe to carry out the error separation. In the present paper, the relationship between the characteristics of the mixed method and the probe arrangement is analyzed. Well-balanced harmonic response of the mixed method is verified to be obtainable for the case where the angular distance between the displacement probe and the angle probe is set at 90°. This orthogonal mixed method also had the simplest probe arrangement, because it requires only one displacement probe and one angle probe to realize the error separation. Optical probes were used to construct an experimental measurement system that employs the orthogonal mixed method. The displacement probe and the angle probe both use the principle of the critical angle method of total reflection, and they have stabilities of 1 nm and 0.01 in., respectively. The measurement results show that roundness measurement can be performed with a repeatability on the order of several nanometers.     

三点法中测头最佳角位置的确定方法

论述了三点法圆度及轴系运动误差测量系统中确定三个测头最佳角位置的方法。通过分析测头读数误差对圆度各次谐波测量精度的影响,提出了确定三个测头最佳角位置的优化策略,基于MonteCarlo思想和单纯形模式搜索方法编制了高效、高精度的寻优程序,优化得到三个测头的最佳角位置。研究表明：在误差分析的基础上对三个测头的角位置进行优化能很好地解决三点法圆度测量形状失真问题,随机模式搜索寻优是确定测头最佳角位置的有效手段。     

三点法圆度测量精度分析

详细分析了三点法中测头的读数及角位置误差对圆度测量精度的影响。从三点法的原理出发,根据误差理论,推导了测头及位置误差在圆度测量过程中的误差传播关系式。结果表明：三点法圆度测量结果失真的根本原因在于三个测头间的夹角选择不当,使测头读数误差在某些谐波上被大大放大。为提高三点法圆度测量精度,必须恰当选择三个测头间的夹角,以使读数误差对圆度各次谐波测量结果的影响都较小。     

传感器调零误差对直线误差分离的影响规律及其确定方法分析

分析了多点法直线 EST中传感器初始调零误差对直线误差分离结果的影响 ,指出不同方法的影响规律不同 :时域三点法中调零误差使直线形状误差按抛物线规律呈非线性增大 ,对直线误差评定产生很大影响 ;时域二点法中调零误差使直线形状误差线性增大 ,但对评定无影响 ;频域三点法的直线误差则不受调零误差的影响。提出了通过构造软基准来确定调零误差的两种方法 :时域频域结合法和对称反转配置法 ,可以克服常规方法的局限性     

三点法中测头角位置的精密测量方法

研究了三点法圆度及轴系误差测量中测头角位置的精密测量方法。设计了能直接测量非接触电容传感器测头实测状态下的角位置的测角系统,提出了克服测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差影响的校正方法。实验表明：采用本文提出的“多刻线”法测角精度优于1′,测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差对测量精度的影响可降致最小。     

调制域分析技术中一种新颖的提高测量精度方法

本文提出了一种新颖的调制域分析中提高测量精度的方法,即时标移相法,并且进行了改进。时标移相法通过对时标信号进行等相位移相,然后对移相后的各时标分别计数,使等效时标频率为实际时标频率移相次数的倍数,因此测时分辨率也提高到移相次数的倍数,从而提高测量精度。该方法与传统的模拟内插、数字游标及延迟内插法比较,电路简单,系统频率低,对电路设计和元器件的要求低,在工程上容易实现,并且调试测试方便,但又能达到同样的测量精度。本方法在某型调制域分析项目中进行了验证,提高测量精度的结果符合预期,在工程实现上切实可行。     

基于相位重合的全同步测频方法研究

文章对基于相位重合的全同步测频方法进行了研究。相位重合理论是目前比较流行的用于频率测量的理论,在检测被测信号与标频信号的相位重合脉冲后触发闸门,使计数闸门、被测信号和标频信号三者达到全同步,彻底消除了±1个字误差。相位重合检测电路、闸门、计数器等模块均在可编程逻辑器件FPGA中完成,使用方便,易于修改,经仿真达到了预期效果。     

用于三维测量的双路点衍射干涉系统

针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此基础上确定点衍射源结构以及探头结构布局等最优系统参数。实验结果显示,单路点衍射干涉三维测量系统在xy方向的精度分别为亚微米量级和微米量级,而双路点衍射干涉仪系统可在三维方向上同时达到亚微米量级,验证了所提出的双路点衍射干涉系统方案的可行性和准确性。所提出的双路点衍射干涉系统有效的实现高精度三维测量,为无导轨三维位移和尺寸等测量提供了一种可行方法。