加工中心圆轮廓误差的研究

首先从理论上分析了数控机床加工圆轨迹时所产生的轮廓误差;然后基于平面正交光栅KGM182精密测量系统,研究了在不同的半径和进给速度下的圆运动误差轨迹,得到了一些重要的结论,可以用来指导实际加工。     

数控机床几何误差快速检测方法比较

介绍了数控机床几何误差测量的两种方法：球杆仪和平面正交光栅的测量原理，分析了两种测量方法的特点，指出球杆仪在检测原理上存在的局限，并给出误差表示。表明平面正交光栅法具有更大的适应性和更高的测量精度。     

空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪

为了实现平面二自由度位移测量,设计并搭建了空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪,并对所设计的光栅干涉仪的光学结构、测量原理、面内旋转安装误差补偿等进行了研究。基于平面光栅衍射特性和空间分离式外差光栅干涉结构设计并搭建了具有对称性的测头光路,结合实际光学器件的特点,利用琼斯矩阵分析了二自由度测量原理与显著降低周期非线性误差的特性。通过实验测定了光栅面内旋转安装误差以便于应用旋转矩阵对测量数据进行解耦。随后利用矩形和圆形轨迹分别验证了两测量轴在各自和同时运动的情况下,所设计的平面光栅干涉仪的测量能力。实验结果表明,在解耦补偿0.350°的光栅实际面内旋转安装误差的前提下,该空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪能够实现压电位移台30μm内的位移测量,主要由机械振动等因素引起的误差不超过0.15μm。本研究将空间分离式外差光栅干涉仪的测量维度拓展到了平面二自由度。     

面向浸没式光刻机的超精密光学干涉式光栅编码器位移测量技术综述

超精密平面光栅编码器位移测量技术是32～7nm节点浸没式光刻机的核心技术。通过分析浸没式光刻机平面光栅位置系统的需求和布局,提出了光刻机专用超精密平面光栅编码器的基本需求。针对现有的光栅编码器,开展了基本测量光路方案、相位探测方案、分辨率增强光路方案、离轴/转角允差光路方案、死程误差抑制光路方案的综述分析,提出了现有设计方案面向光刻机应用所需要解决的关键问题。面向亚纳米级测量精度的需求,针对光栅编码器的仪器误差,对周期非线性误差、死程误差、热漂移误差和波前畸变误差进行了综述分析,提出了平面光栅编码器实现亚纳米精度所需要解决的关键问题。本综述为光刻机专用超精密平面光栅编码器的研制提供了参考。     

数控机床空间位置误差的检测及神经网络误差补偿技术

利用平面正交光栅检测三轴加工中心的空间位置误差,建立了机床空间位置误差的数学模型;提出了基于人工神经网络技术的机床空间位置误差补偿方法,并建立了神经网络误差补偿模型。通过误差测量与补偿试验,验证了该方法应用于数控机床误差补偿的可行性。     

基于平面光栅的加工中心反向尖角分析

介绍了用圆轨迹法测量数控机床精度的一般概念,给出了反向尖角产生的基本原理,介绍了平面光栅实验装置的构成和实验调试以及数据处理过程,应用平面光栅在加工中心上验证了反向尖角与轨迹半径、进给速度之间的关系,对提高数控机床精度有一定的参考意义。     

数控机床的误差分析与研究

基于机器人运动学原理,结合齐次坐标变换理论和刀具与工件构成的联结矢量链概念,以一台立式加工中心为研究对象,1建立了包含21项几何误差的数控机床误差模型、同时提出了误差的辩识方法、然后利用平面正交光栅精密测量系统,通过修改数控指令的补偿方法对圆轨迹进行了补偿研究.研究表明机床的加工精度得到大幅的提高.本文所提出的误差模型、辨识方法和补偿方法可推广到其它多轴数控机床误差分析研究之中.     

卧式数控车削中心小圆轨迹测试研究

采用光栅非接触式轨迹测头和平面光栅得到数控机床轨迹真实情况的数据，数控机床按编程命令走过轨迹的实际表现数据对于分析精度影响因素有重要的参考价值，所做的研究主要是对于不同直径的圆轨迹特点进行测试与分析，尝试分离数控机床误差并进行补偿的可行性。     

基于平面光栅的机床几何误差测量与辨识

几何误差是影响数控机床准静态精度的重要因素,针对几何误差测量、辨识问题,提出基于平面光栅的面—线机床空间几何误差辨识方法。依据多体系统理论和齐次坐标变换方法建立了三轴数控机床21项几何误差元素与3项误差向量之间的映射关系;规划了3个相互垂直的平面内的测量路径和辨识方案,通过单轴运动和两轴联动的形式可连续测量每个平面内的5条直线,进而依次确定垂直度、俯仰和偏摆误差、定位及直线度误差、滚转误差,减少了多次安装过程中安装误差累积对测量结果的影响;通过基于面—线法的21项几何误差测量和辨识实验,并与基于激光干涉仪测量辨识结果对比显示,平面光栅测量结果与激光干涉测量结果的空间误差向量最大偏差为2.4μm,平均偏差为0.77μm,验证了该方法对辨识机床精度是准确、有效的。     

基于双目视觉的数控机床动态轮廓误差三维测量方法

轮廓误差是评估数控机床动态性能的重要指标。定期检测和标定数控机床动态轮廓误差对于稳定机床加工精度至关重要。针对采用现有单一测量手段所测的动态轮廓误差轮廓范围小、维数低、轨迹形式受限等问题,提出基于双目视觉的机床轮廓误差测量方法,实现数控机床任意轨迹轮廓误差三维高精度测量。具体包括设计基于高精度强化特征和高均匀光照的便携式合作靶标以准确表征机床运动位置信息,实现靶标与工作台的高精度安装以及强化特征的高质量成像;利用偏心补偿算法准确定位强化特征图像二维位置,解决圆型强化特征成像仿射畸变为椭圆问题,提高图像处理与机床位置的视觉定位精度;提出基于相机成像全局建模的测量基准位姿变换方法,准确完成数据转换并求解机床轮廓误差。以五轴数控机床平面插补的三叶玫瑰轨迹为研究对象,搭建轮廓误差视觉测量系统并开展测量试验。以平面光栅测量结果为标准验证视觉求解精度。结果表明,在1 500 mm/min进给速度下视觉轮廓误差求解误差为9.79μm,平均测量误差为3.36μm。     

基于圆和非圆复合轨迹的三轴数控装备几何运动误差检测新方法

针对三轴数控装备,综合考量现有方法的特点,提出一种基于圆和非圆(直线、折线)复合轨迹的几何运动误差检测新方法。根据多体系统理论,运用齐次坐标变换方法建立误差模型,通过检测三个坐标平面内直线(折线)运动轨迹精度得到包括位置误差、直线度、垂直度在内的12项直线性误差,再通过三个坐标平面内检测圆运动轨迹精度,依次辨识得到9项角偏误差,从而实现三轴机床全部21项几何运动误差的检测。根据该方法,分析在不同测量顺序下各坐标平面内角偏误差的解算情况,据此总结出8种可行的角偏误差辨识方案。基于平面光栅的检测试验在2 h内便可完成,试验结果证明该方法的可行性和高效性。     

On the magnification of two-dimensional contouring errors by using contour-parallel offsets

The cross grid encoder is a diffraction grating type encoder to measure two-dimensional position of a optical head by using a grid plate, and is widely used in the industry to evaluate the two-dimensional contouring performance of a machine tool. In the graphical display of measured contouring error profiles, the error is often magnified to some given scale with respect to the reference trajectory. The conventional algorithm to compute the magnified contouring error profile, adopted in a commercial software to analyze an error profile measured by the cross grid encoder, makes the magnified trajectory discontinuous when the given reference trajectory is unsmooth, which makes it difficult to understand the magnified trajectory especially at corners. This paper proposes a new algorithm to compute the magnified trajectory of two-dimensional contouring error profiles such that the magnified trajectory becomes continuous even when the reference trajectory is unsmooth. Application examples are presented with error profiles obtained by using a cross grid encoder applied to a commercial machining center.     

用于影像仪测量误差分离的自校准技术

基于自校准技术提出了用于影像仪的误差分离方法。建立了自校准算法模型,并利用影像仪对算法模型进行了实验验证。该算法运用普通栅格板来替代标准器,将栅格板置于影像仪工作台3个不同位置得到3组测量数据,通过研制的测量数据转换模型将得到的数据代入自校准算法模型中,最终将测量结果中包含的仪器系统误差分离出来,实现了自校准。由于运用了测量数据转换模型,有效解决了实验过程中栅格板所在坐标系与影像仪工作台坐标系不重合的问题,提高了影像仪测量结果的准确度。测试实验显示:测量点实际测得的误差为毫米级,经过自校准算法处理后得到的测量点的系统误差最大为0.49μm,最小为0.00μm,表明将自校准算法应用于影像测量仪结果的误差分离具有较好的可行性。     

Shape error measurement using ray-tracing and fringe scanning methods: projection of grating displayed on a liquid crystal panel

We present an improved Hartmann test, which has high spatial resolution with respect to the measuring points, for measuring projection mirrors. In the method, grid lines with a sinusoidal transmittance distribution are displayed on a liquid crystal panel and illuminated with a collimated laser beam. The beam transmitted through the liquid crystal panel reflects off the mirror surface being tested and reaches a screen. A charge-coupled device camera detects the projected images, which contain information about the inclination of the surface being tested. Any error in the shape of the mirror surface is identified by integrating the inclination. To increase the spatial resolution, the fringe scanning method is performed by shifting the grid lines on the liquid crystal panel. The grid lines are optimized for the shape of the mirror being tested. Because the grid lines are displayed by an electrical method, the shifting operation is easy and rapid, and furthermore, the displacement can be done precisely. The shape error of an off-axis parabolic mirror made of plastic is measured by the proposed method.     

用复函数快速傅立叶变换相位谱分析转子偏心运动成因

用复函数描述了转子任一横截面回转中心的运动轨迹,利用复函数快速傅立叶变换数学原理提出了相应的转子回转精度的测量方法.根据FFT(快速傅立叶变换)的相位谱数据,科学地对转子自身的"静不平衡"与"动不平衡"予以区分.     

Thermal imaging identification of turbulent structures in gas flows

A procedure for determining dynamic temperature characteristics of gas flows based on thermal imaging films is described. The instantaneous temperature field is determined by a temperature converting grid of thin threads made of a low thermal conductivity material. Three-dimensional arrays of a thermal imaging frame sequence are treated according to an algorithm allowing one to construct distribution fields of the temperature pulsation frequency. The systematic inaccuracy in measuring temperature is 0.3%, the maximal random error of its determination is 0.5%, and the error in calculating the temperature pulsation frequency does not exceed 12%. The procedure can be used for both uncovering the heat transfer mechanism and for automatically controlling it in engineering aggregates.     

机械传递函数的无偏估计法

本文基于振动中输出、输入测量信号之间的互相关特性，在分析其频谱的基础上，通过数学分析，从理论上找到了机械传递函数的无偏估计，为在实践中得到准确的机械传递函数提供了科学的理论基础，从而为状态监测、机械故障诊断提供了可靠的保证     

弹性支承转子临界转速分析

论述了六弹簧支承的转子系统在刚度Ｋ＝３ｋ时,在临界转速计算中的误差及原因,得出了控实测Ｋ计算临界转速与实测临界转速较为一致的结果。此外,认为弹性系数计算时还应考虑侧向刚度的影响以及临界转速计算时还应考虑阻尼对其有修正,并给出了修正公式。