柔性三坐标测量机的结构系统及误差修正标定分析

阐述了六自由度柔性三坐标测量机的测量原理、测量模型、结构系统以及误差的标定和修正等一系列关键技术,并在此基础上提出了相应的解决思路和方案。     

基于三坐标测量机的齿轮参数测量方法研究

结合三坐标测量机对渐开线圆柱齿轮参数的测量进行了研究并提出了测量方法.通过曲线检查法对异常测点的处理,构造一种新的迭代公式,实现对基圆半径的更精确求解,并在此基础上测出齿轮的其他参数.采用VC++开发了一套齿轮测量软件,实现了对渐开线圆柱齿轮的参数进行快速准确的测量,并且适用于破损的不完整齿轮.     

我国三坐标测量机发展的几点建议

三坐标测量机的长处在于:万向测头;三坐标运动;联机(指计算机)测控及数据处理等。这使得其具有众所熟知的多种检测功能,然而,对于分度盘、齿轮丝杠等采用坐标法测量则未必简便。况且在测量     

三坐标测量机误差源分析与修正技术

三坐标测量机广泛应用于生产制造和检测计量中,其精度要求越来越高.文中系统地对三坐标测量机的误差来源进行分类,针对几何误差总结了现存的检测方法,最后给出了有利于实现低成本精度升级的误差修正方法.     

三坐标测量机驱动的摄像机标定技术

为了降低摄像机的标定费用和提高标定精度,提出了一种基于三坐标测量机平动的摄像机标定技术,对该技术的原理、数学模型、标定步骤和标定精度进行了研究。根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿X、Y、Z轴移动和正交精度都很高的特点,以三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在X、Y、Z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标;在每一个确定位置,摄像机拍摄标定特征点的像,经图像处理后,计算出像点在计算机帧存坐标系中的坐标。引入测头坐标系,建立了该项摄像机标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统。比对标定实验结果表明,基于三坐标测量机平动的摄像机标定系统与专用标定系统的标定精度相当,数据相差在±1μm以内,满足工程实际精度要求,成本低、标定效率高。     

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。     

基于遗传算法的三坐标测量机测量路径规划方法

针对现有三坐标测量机检测路径规划方法的不足,提出和构建了零件检测特征群数学模型和求解流程,在此基础上,根据检测工作平面、检测测头及检测测针变动次数和检测路径构建优化目标函数,从宏观和微观两个层面分别应用矩阵交叉遗传算法和序列规划遗传算法进行零件检测特征路径的优化求解。最后以Hexagon公司检测零件为例,说明了零件初始检测信息的获取以及算法的优化求解过程。实践证明,该方法快速有效,且具有良好的工程应用价值。     

基于正交试验法的三坐标测量机直接计算机控制(DCC)参数优化选择

为了实现三坐标测量机高速度、高效率、高精度测量,需要对测量机动态测量直接计算机控制（DCC）参数进行优化选择。本文使用正交试验方法确定测量机DCC参数最优组合,实现了以较少的试验分析各参数对测量精度的影响以及参数的优化选择。     

零阿贝误差的纳米三坐标测量机工作台及误差分析

为避免常规三坐标测量机(CMM)中的阿贝误差,同时降低导轨运动误差对测量机测量不确定度的影响,研制了一种在三维测量方向上同时符合阿贝原则的纳米CMM工作台.该工作台做三维运动,x导轨和y导轨采用共平面结构;工作台三维测量系统的测量线正交于一点且正交点与测头中心点重合,x向和y向测量系统的测量线与xy导轨面共面.针对本工作台的特点,在参考常规三坐标测量机误差分析的基础上,详细分析了该工作台中各项误差的影响,给出了影响测量机不确定度的主要误差源,并对这些误差提出了修正方法.在研制的工作台上对一等量块进行了实验测试.结果显示,一等量块工作面的平面度测量标准差为11 nm,台阶高度标准差为21 nm,其中台阶高度测量平均值与检定值相差1 nm.理论分析和实验结果表明,所研制的工作台从结构上避免了CMM中多项误差源的影响,尤其是避免了阿贝误差的影响,可用于高精度的三维测量.     

三坐标测量机高速测量下的动态综合误差分析

综合众多学者对三坐标测量机各组成部分误差的研究成果,对三坐标测量机的主要动态误差源进行了归纳,并从气浮导轨系统、机体结构、测头系统和测量系统四个方面分析了三坐标测量机高速测量时动态误差的产生原因及对测量结果的影响,为误差修正提供了参考依据。     

机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进

提出一种改进的柔性视觉测量系统标定方法。建立了包含手眼关系误差与机器人运动学参数误差的系统误差模型。在机器人末端安装结构光传感器构建了机器人柔性视觉测量系统,并在机器人工作空间中固定一个标准球作为标定参考物。标定时,机器人被控制在不同位姿下测量球心坐标。首先,应用机器人的理论模型初步标定手眼关系;然后,基于球心约束,通过迭代算法同时得到准确的手眼关系和实际的机器人运动学参数。基于ABB IRB2400工业机器人进行了系统标定实验,并利用激光跟踪仪进行精度验证。结果表明:标定前后机器人柔性视觉测量系统的距离测量标准差由0.566mm降低到0.173mm,充分验证了改进方法的有效性和实用性。该方法提高了手眼关系的精度;不需要采用任何昂贵的外部设备,适合工业现场使用。     

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对 定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与 DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE) 算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。 首先,建立机器人位置误差模型。 其次,建立一种可观性综合指标,评价不 同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。 最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标 函数和约束条件,提出一种基于 DETMAX 算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为 DETMAX-改进差分进化 算法,简写为 DETMAX-IDE 算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。 通过机器人运动学标定仿真与实验,验证 了所提方法的有效性。 实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低 了 62. 09% 和 62. 45% 。     

基于主-从遗传算法求解柔性调度问题

通过分析柔性作业车间调度问题中工件与设备的特征及两者间的关系,提出了一种主一从遗传算法的调度方案。在该算法中,主、从染色体分别采用工件基因块和设备基因块的分块编码。主染色体代表可行加工路径组合,从染色体代表主染色体约束下的可行调度方案。然后,以最小化工件延迟时间为目标,为主染色体设计选择和多点变异两类遗传操作;以最小化设备空闲时间为目标,为从染色体设计选择、多点交叉和多点变异3类遗传操作。从染色体适应值取其代表的调度方案中工件流通时间的倒数,主染色体适应值取其对应从染色体种群的最优适应值。这种双层多点遗传操作避免了非可行解的产生,并可采用类似旅行商问题的遗传操作。最后,通过仿真和比较实验,验证了该算法的有效性。     

基于遗传算法的像机虚拟立体校准技术研究

给出了一种基于遗传优化算法的虚拟立体校准方法。利用红外发光二极管随三坐标测量机的测头做定间距移动构造了一个立体校准模板,通过奇异值分解算法初始估计校准参数,最后,通过遗传算法优化求解所有校准参数。实验中校准点的空间位置反推误差小于0.04 mm,表明该方法能够解决像机内参数精确校准问题,可以满足大尺寸视觉坐标测量技术对摄像机内参数精确校准的要求。     

用蚁群算法求解关节式坐标测量机的最佳测量区

本文提出了一种求解最佳测量区的方法,以进一步提高关节式坐标测量机的测量精度。首先,根据关节式坐标测量机的测量模型,建立了基于圆编码器测角误差的关节式坐标测量机误差模型。利用蒙特卡洛理论得到6个关节转角的随机数,采用数值法仿真分析测量机的测量空间。然后将包含测量空间的一立方体区域等间隔切割成343个小立方体区域,采用蚁群算法确定每个小区域由于圆编码器误差所引起的最大测量误差。最后,通过比较找到其中最大测量误差最小的区域,即为最佳测量区。研究结果表明,对于所研究的关节式坐标测量机,各个小区域的最大误差为0.069 9~0.189 6mm,其中最小值为0.069 9mm的区域为-100mm≤x≤100mm,-100mm≤y≤100mm,400mm≤z≤600mm。采用本文方法确定的最佳测量区在测量空间内为一个立方体区域,故在最佳测量区进行较高精度的测量具有实用性和可操作性。     

基于遗传算法的挠性转子系统的参数识别

介绍了在外电磁激励力务件下的转子不平衡参数识别方程模型，并提出基于遗传算法的参数优化识别方法。并根据识别方程，把不平衡力和轴承特性参数作为输入量，测点处振动响应为输出量，以输出振动响应与实测振动响应的误差最小为优化目标，通过使用遗传算法来识别不平衡力和轴承特性参数。实现在线无试重动平衡。     

多关节机械臂的坐标模型和参数标定

对多关节机械臂式三维坐标采集系统中使用的空间坐标模型和参数标定方法进行了研究.首先提出了具有普适性的杆件单元模型,并基于此建立了多关节机械臂式三维坐标测量机构的坐标模型.继而讨论了模型中各系统参数的标定问题,在研究基于最小二乘法和迭代的标定方法之后提出了一种基于实数编码型遗传算法的标定方法,它具有定标点数不受限制,精度高等优点.实验结果证明这种标定方法有较好的实用性和鲁棒性.     

关节臂式坐标测量机的数学建模及参数标定

关节臂式坐标测量机(AACMM)是一种便携式高精度测量设备,由于测量机末端探头中心坐标的关系且关节的旋转角度非常复杂,有必要建立准确的数学模型以达到所需的精度。其经典的数学模型是Denavit-Hartenberg(D-H)模型,但它在相邻关节轴平行时存在缺陷且忽略了静态柔性误差。为了消除D-H模型的不足,研究了一种基于广义几何误差理论的数学模型,并采用非常快速模拟退火算法对广义几何误差参数进行标定。对比实验结果表明,广义几何误差模型进行算法标定后平均误差减小了0.500 1 mm,标准偏差减小了0.337 3 mm;基于广义几何误差模型的长度测量的平均误差为0.045 4 mm,标准偏差为0.032 3 mm,均优于采用MDH模型测量的平均误差和标准偏差,验证了方法的有效性。     

Research on optimal measurement area of flexible coordinate measuring machines

When we measure a workpiece in the optimal measurement area of the flexible coordinate measuring machines (FCMMs), the measuring precision can be improved. The flexible CMM’s measuring space is given. Then its spatial error distribution model is build by using support vector machine theory. Finally, the two solutions of the optimal measurement area are discussed and solved through experiments. The high precision measurement results can be realized by using a low-precision measuring machine without any increase in hardware manufacturing cost. This is of great theoretical value and practical significance for the flexible CMM’s further development.     

平行双关节坐标测量机的标定及不确定度评价

借鉴国外ScanMax测量机所具有的优势,研发了RRP结构(即两个转动和一个直线运动)的平行双关节坐标测量机,并研究了该仪器的误差模型、标定方法和不确定度评定方法。首先,根据平行双关节坐标测量机的机械结构建立了仪器的数学模型和误差模型。然后,基于全误差分析技术设计了仪器的标定方案并分别介绍了对重力和扭矩变形、平行度、臂长、零位等参数的标定。最后,根据国家坐标测量机校准规范,提出了通过评价测量重复性和长度测量精度的方法来评定测量不确定度。实验结果表明:在1 000mm×250mm(直径×高度)的测量范围内,平行双关节坐标测量机的测量不确定度可达到12μm(k=2)。得到的结果验证了平行双关节坐标测量技术及全误差分析技术的可行性,为非正交坐标测量机的标定探索了新的方法。