基于球杆仪位姿的机床回转台几何误差辨识研究

针对误差测量中由移动轴联动引起的旋转轴与移动轴误差耦合现象,提出一种基于球杆仪实际位姿的误差辨识方法。以CFXYZA型五轴数控机床的回转台为测量对象,设计了球杆仪X向,Y向及Z向组合测量模式,通过改变球杆仪中心座的安装位置和高度,共测得6组杆长变化数据,再利用齐次变换理论推导几何误差参数与杆长变化量的关系式,以辨识出回转台6项几何误差。测量试验和辨识结果表明,使用该法不仅提高了辨识精度,而且可消除测量过程中耦合的移动轴误差,对同类型机床回转台的几何误差测量、辨识均具有参考意义。     

数字式测高仪定位误差的测量及补偿

定位误差是测高仪的主要误差源之一,为了提高测高仪的测量精度,研究了数字式测高仪定位误差的测量及补偿方法.以某公司生产的数字式测高仪为研究对象,以德国SIOS公司微型双平面镜十涉仪SP-D为高精度的标准量,实现了数字式测高仪定位误差的测量.采用二次多项式拟合的方法对测量数据进行曲线拟合,拟合前后的测量数据差值作为校正定位...     

基于球杆仪的五轴机床RTCP误差检测及补偿

针对五轴机床RTCP误差检测存在检测时间长、测量精度低的情况,提出用球杆仪检测RTCP误差的方法,分析可知AC双转台RTCP误差不仅有4项位置误差,而且存在4项角度误差和初始安装误差。根据机床运动链建立AC双转台RTCP误差模型,采用基于球杆仪的检测方法,并推导RTCP误差元素求解方法。通过误差补偿试验验证了误差模型和误差求解方法的准确性和有效性。     

转台-摆头式五轴机床几何误差测量及辨识

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响,提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型,依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式,并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟,确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后,采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性,将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4%,最大补偿率达到88.4%,实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测,同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。     

基于参数化建模的旋转轴误差快速辨识方法

针对现有旋转轴几何误差辨识方法计算量大且无法避免异常值等问题,提出了一种基于参数化建模的旋转轴位置相关几何误差快速辨识方法。首先,分析了旋转轴位置相关几何误差的特性,建立了测量旋转轴时球杆仪杆长变化的综合模型,并基于约束条件进行化简;其次,使用四阶傅里叶级数对5项位置相关几何误差进行参数化建模,并基于5种测量模式得到位置相关误差的辨识模型;接着,分析了球杆仪安装误差对杆长变化及辨识结果的影响规律并消除其影响;最后,在小型五轴机床的旋转工作台上进行了实验,辨识出旋转轴的5项位置相关几何误差,并通过改变安装位置和安装角度的球杆仪杆长预测实验对辨识方法的正确性进行了验证。     

基于最优测量结构选择的机械臂参数标定

测量仪器会产生随机误差,针对其引起测量位姿"再现"运动学参数误差能力差的问题,提出了一种基于最优测量结构选择的六自由度机械臂结构参数标定新方法。首先推导了相对于基坐标系的机械臂末端位置误差模型,然后采用一种基于任务优先级的机械臂轨迹规划方法,以轨迹点的期望位置与标定后实际运动位置间的最大误差优化到最小为目标,选择了最优测量结构组。最后搭建了运动学参数标定实验平台,分别利用选择的随机和最优测量结构组辨识参数误差,并对规划点进行了补偿。通过对比分析标定前后3个坐标轴方向的位置均方根误差、合成位置误差及合成均方根误差可知,采用最优测量结构组标定的结构参数更为有效地提高了机械臂的末端定位精度。     

高精度倾角传感器在测量车载平台变形中的应用

为了分析车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响,提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的方法。基于平台变形对光电经纬仪测角误差的影响的基本原理,利用固定在垂直轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,计算其测量坐标系的变化量,推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式。选用双轴倾角传感器实时测量了经纬仪工作时车载平台的变形值,结果表明,车载平台变形量受方位方向速度影响较小,倾角传感器输出值经过滑动加权均值滤波处理后最小相差为0,最大相差为5.1″;受经纬仪视轴位置影响较大,高低角在0°～90°变化时,高低角越小,倾角传感器输出值越大。这种测量方法为进一步提高车载经纬仪的测角精度提供了理论依据。     

一种新的并联机器人精度标定算法

提出了一种新的并联机器人精度标定算法,较之于传统的借助与激光跟踪仪的测量标定方法,该标定算法只需测量获得z轴方向的单项位置误差,即可进行参数误差识别,忽略了用激光跟踪仪测量时,安装靶球带来的制造、装配误差,能有效地提高并联机器人的标定精度。对该算法进行了推导以及Matlab仿真实验。     

测试设备位姿失调对自准直仪法测量圆分度误差的影响

为了提高圆分度仪器分度误差的测量精度,介绍了用多面棱体自准直仪测量分度误差的原理和方法,对影响测量结果的误差源进行了分析。根据测量原理建立了多面棱体和自准直仪坐标系,利用坐标变换分别建立了多面棱体工作面与受检仪器轴线的平行差、自准直仪光轴与多面棱体工作面不垂直度误差、自准直仪电十字竖线与受检仪器轴线的平行差对分度误差影响的精确模型。在实验室内,以单轴位置转台的定位精度为测试对象,设计了以上三种位姿失调误差模型的验证实验,实验结果与理论模型仿真结果具有很好的一致性,三种位姿失调引入的误差实测值与理论值的最大偏差小于0.9″,验证了位姿失调量引入测量误差模型的正确性,该模型及仿真结果可以准确指导圆分度误差测试。     

摆式陀螺寻北仪的积分测量方法

提出了摆式陀螺寻北仪双次积分测量方法。在粗寻北阶段采用步进法,通过施加外作用消耗系统原有机械能的方式实现快速寻北。在精寻北阶段采用双次光电积分法,通过对陀螺摆动的一个半周期做积分测量后,利用双次光电积分的方式得到陀螺摆动的平衡位置,然后,通过计算来获得子午面与陀螺轴向之间的夹角。进行了一系列相关实验,结果表明:双次光电积分法有效地改善了JT15试验样机的寻北测量精度,使由于测量周期变化造成的寻北误差减小了10倍以上。本方案缩短了摆式陀螺寻北仪的寻北测量时间,提高了寻北测量精度,满足了工程实用的精度和快速性要求。     

步进快速限幅摆式陀螺寻北仪

针对摆式陀螺寻北仪存在的限幅效率低的工程实际问题,提出了一种步进快速限幅方法,介绍了该方法的实现原理和步骤,分析了3种主要测量误差对限幅效果的影响,论证了步进快速限幅法在理论上的可行性,最后将步进快速限幅法成功应用于摆式陀螺寻北仪上.设计了相应的限幅试验,利用摆动的平衡位置主动跟踪逆转点,实现了对摆幅的快速精确限制.理论和试验结果均表明:提出的步进快速限幅法保留了传统步进法不需要增加系统硬件的优点,有效克服了采用电磁阻尼法限幅时电磁干扰力矩的问题,保持了限幅的可靠性.基于步进快速限幅方法的摆式陀螺寻北仪能在一个步进周期(约60 s)内实现对摆幅的快速精确限制,较传统步进法可以节省2个以上的步进周期,为缩短寻北时间提供了理论支撑和实践依据.     

基于单压电执行器的光栅刻线摆角修正

考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着,采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后,进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示,摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果,对光栅宽度为10.4mm且刻线密度为600line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明:采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角,提高光栅质量;该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。     

回转精度测评的运动几何学原理与不变量方法

提出轴系回转精度测评的误差运动几何学原理,由转子误差运动、被测几何要素、传感器测试参数等三要素构造轴系回转精度测量的运动几何学模型,建立测量闭环矢量基本方程;推导出轴系误差运动参数测量的完备性条件,讨论回转误差运动参数测量的完备性及其演变形式,阐明各类回转精度测量数据与评价指标的运动几何学内涵。给出轴系回转误差运动的不变量定理,得到轴系回转误差运动的最小球面像曲线与最小准线,从而将轴系回转误差运动分解为角摆误差运动与平移误差运动,建立角摆误差运动不变量、平移误差运动不变量与各类回转精度指标之间的关系,形成轴系回转精度评价的不变量方法,有效地避免被测几何要素不同对测评结果的影响,为轴系回转精度的测量与评价提供理论依据。     

摆式加速度计角度传感器的设计

××型液浮伺服摆式加速度计是利用偏心摆的原理测量火箭在滑行过程中的低g小过载加速度。角度传感器作为角度敏感元件检测偏心摆相对零位的位置偏差。由于动圈式传感器具有零位电压比较小,可补偿,因而角分辨能力较高;动圈组件轻巧,无磁反力,电动反力矩也较小;结构工艺简单,无接触摩擦;可靠性好等特点,而且用于圆筒形液浮摆式加速度计中又便于和永磁力矩器相配形成对称结构,因此本加速度计中选用四极环形动圈式角度传感器。     

LD注入调频扫描系统研究

为了减小扫描系统测量误差,可以利用半导体激光器注入式调频装置和光栅来建立扫描系统。通过改变注入电流来改变半导体激光器的输出光频,使输出光入射在光栅上,随着频率的改变,衍射光的衍射角会发生改变,进而衍射光点的位置发生改变,从而实现无机械光点扫描,能够消除扫描测量过程中机械抖动和振动带来的误差。     

基于离散绕组的磁场式时栅位移传感器及误差特性

针对高精度位移传感器难以加工的难题,提出一种基于离散绕组的磁场式时栅位移传感器。通过设计离散激励绕组排布方式与感应绕组的形状控制感应位移信号的变化规律,通过组合测量方式实现精密位移测量。通过理论建模、仿真分析与实验验证揭示了激励信号误差和安装偏差对传感器测量精度的影响规律。实验结果表明：两路激励信号的幅值不等和安装偏差都会在对极内测量精度中直接引入直流分量误差和2次谐波误差,其中2次谐波误差是误差的主要成分。安装偏差越大,2次谐波误差越大,动尺沿Z轴偏摆姿态对测量精度的影响最大,沿Y轴翻转姿态引入的误差次之,沿X轴俯仰姿态引入的误差最小。误差修正后传感器在144 mm的测量范围内,测量误差峰峰值为4.5μm,分辨力为0.15μm。通过毫米级尺寸的激励和感应绕组实现微米级精度测量,可显著降低传感器的制造难度,具有重要的工程应用价值。     

小模数齿轮的非接触检查

本文分析了精密仪制造工业用的小模数齿轮非接触检查法的优点。介绍了数字式单项误差检查仪器的方框图。为了保证在测量过程完全自动化的情况下,获得高精度和高效率,本文提出了小齿轮非接触综合检查法。     

码盘偏心对扭振测试影响的研究

扭振测试对旋转机械的故障诊断具有十分重要的意义,当测速码盘存在偏心时,会给扭振测试带来很大的误差。在轴实际存在扭振的情况下,由理论推导,得到在码盘偏心时测量转速与轴实际转速之间的关系式,从而得到测量扭振角速度,分析出测量扭振的组成成分并得到了其数学表达式。讨论影响扭转各成分幅值大小的因素,偏心比越大,测量扭振的误差越大;偏心比相同时,转速越高,扭振角速度的误差也越大;任一阶测量扭振均受到分布在其两边的轴实际扭振的所有阶次的影响,在幅值相同情况下,距离越远的阶次影响越小。仿真和试验验证了理论推导的正确性,仿真中的最大误差为2.83%,试验中的最大误差为5.6%。     

数控机床旋转轴误差的快速测量与辨识新方法

根据齐次变换理论推导出旋转轴基本几何误差辨识模型,在此基础上,提出了一种基于球杆仪的旋转轴基本几何误差快速测量和辨识新方法,将球杆仪一端的中心座分别安装在旋转工作台的3个不同位置,通过联动控制球杆仪另一端球心按圆形轨迹运动,分别测量旋转轴圆周每个离散位置点在X、Y、Z方向上的偏差,并根据所建立的辨识模型,辨识出旋转轴的6项基本几何误差。同时,提出了基于系数矩阵灵敏度分析的方法,用于指导测量点的合理分布,减少测量误差的影响,从而提高误差辨识精度。     

基于状态重构的铁路门式起重机状态反馈力控制吊重防摇系统的设计

为防止集装箱在目标位置和期望时间时摇摆,通过建立工程实用的起重机小车集装箱系统动力学方程,采用全状态反馈控制起重机小车驱动力从而控制状态变量。为了解决工程实际中摆角和摆角角速度难以测量的问题,设计了状态观测器,通过唯一测得的小车位置信息重构系统状态变量获得状态变量估计信息。用类似二阶系统性能分析方法推导出反馈控制器的调节参数公式和状态观测器的增益参数公式。仿真结果表明：状态观测器在0．6s时可以消除重构误差,重构精度高,观测过程明显较反馈调节过程快;状态反馈控制方法可行;摆角和小车位置等状态变量均有期望的动态响应,达到了集装箱防摇控制的目的。