关于三传感器测圆法的若干问题——与谭深老师商榷

一、问题的提出轴系回转精度的测量通常有3种方法:基准件单点测量,多方位误差分离技术和多传感器误差分离技术。其中的3传感器技术,可以将轴系回转误差运动从包含有基准件形状误差的总的测量信号中分离出来,并避免了多方位技术要求多次装卡基准件,要求误差运动重     

基于微分变换的数控机床几何误差建模的研究

研究多轴联动数控机床几何误差建模的问题。将运动轴的几何误差等效为微分运动,利用微分变换来描述各运动轴的微分运动对机床理想变换造成的误差,由此提出基于微分变换的几何误差建模方法。在分析机床运动链时,选择以工件坐标系为基准,使误差模型的基准与编程基准一致。用一条运动链完整表达运动轴的传动关系。最后进行了三轴联动测试轨迹的误差补偿试验,补偿后的轨迹精度得到了显著的提高,验证了误差模型正确性及有效性。     

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。     

定位误差的尺寸链解法

工件在机床夹具中定位时的定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动范围，它一般是由基准不重合误差和定位副制造不准确误差（亦称基准位移误差）组成的。在计算定位误差时，有两种计算方法：一种方法是分别计算出基准不重合误差和定位副制造不准确误差，然后把这两项误差迭加在一起；另一种方法是直接找出工序基准在加工尺寸方向上的两个极端位置，计算出这两个极端位置之间的距离。对于前一种方法，有时因两项误差变动方向相同而相加。有时因两项误差变动方向相反而相减。对于后一种方法，在确定工序基准的极端位置时，首先需要找…     

数控机床主轴径向运动误差在线高精度检测

数控机床加工工件时，在切削力的作用下，用“以被加工工件为测量基准”的测量方案，实时测量机床主轴的径向运动误差．为了提高信噪比，采用基于精确重构的小波变换算法去除加工时存在的噪声．这种新算法成功地应用于自行开发的在线检测装置中。为了掌握测量系统频域特征，还从谐波抑制和总体频域特性两方面做了分析。通过实验验证了该方法的正确性。     

基于电涡流位移传感器的嵌入式滚转角测量方法

导轨运动副在运动过程中会产生6个自由度误差,滚转角误差一直是测量的难点。提出一种基于电涡流位移传感器的滚转角在线测量方法和装置。该方法将导轨固定于基准平面,电涡流位移传感器探头通过连接板安装在运动平台上,其中两个探头相距L,并且连线垂直导轨运动轴线,平台运动过程中,两个探头通过测得的导轨直线度误差间接得到导轨滚转角误差;考虑到基准平面平面度误差影响,建立了误差补偿模型,对基准平面平面度误差对滚转角误差测量引起的角度变化量进行补偿,从而计算出导轨精确滚转角误差。静态和动态加载对比试验结果表明:在导轨运动距离为100 mm,导轨滚转角误差变化范围为-32.5″至8.6″时,本方法与标准中的水平仪法比对残差在±1.5″左右,验证了该测量系统的可行性和所提出的补偿方法的有效性。提出的导轨滚转角测量方法充分考虑和减少了基准平面平面度误差的影响。此外,所提方法可以实现在线测量,可以与其他电涡流位移传感器相结合,组成结构简单、测量精度高、抗干扰能力强的多自由度在线测量系统。     

可重构机器人误差旋量建模与灵敏度分析

针对可重构机器人模块结构设计制造与构型变化引起的尺寸及几何参数等静态误差,将可重构机器人静态几何参数误差等效为机器人关节上的结构误差和传动误差,并将其看成是一种假想广义运动副微小旋量运动的结果,从而建立可重构机器人含误差旋量的运动学指数积模型。基于可重构机器人输入误差与输出误差的关系,建立了误差参数灵敏度系数模型。基于MATLAB仿真分析了可重构机器人各误差参数的灵敏度系数以及误差参数对机器人末端位置的影响规律,有利于对可重构机器人轨迹精度进一步分析和优化,以及为不同精度要求的工业机器人设计与装配提供有效的理论支持。一种6自由度可重构机器人的仿真实验验证了误差旋量建模方法以及误差参数灵敏度分析方法是有效的。     

双树复小波稳健滤波在工程表面粗糙度评定中的应用

讨论了现有工程表面粗糙度评定基准滤波方法的优缺点。提出双树复小波变换(DT-CWT)具有近似的平移不变性和改进方向选择性等优点适合用于三维表面基准滤波,但其滤波过于理想化易导致滤波基准在野点处畸变。为此,进一步提出将空域双边滤波思想引入DT-CWT来增强双树复小波变换在提取基准面野点处的稳健性。通过低频重构得到基准信号,并对每层重构系数进行双边滤波,最终增强DT-CWT滤波基准的稳健性。仿真结果显示:改进的DT-CWT能很好地抑制异常值干扰引起的滤波基准在野点处产生的畸变,其得到的基准面的精度误差为0.183 2×10-10 m,重构误差为0.016 1×10-10 m,低于传统方法所得。对实测数据进行处理结果表明,双树复小波稳健滤波能很好地克服边界效应并抑制工程表面上深沟对滤波结果的影响。提出的方法为工程表面粗糙度评定提供了一种新方法。     

自律校正法的原理和实验

基准问题向来是误差修正中的难题之一。本文提出一种不用基准进行校正的崭新方法，为解决传感器的精度越来越高，基准的建立越来越难的问题开辟了一条新的途径。它用两个传感器互为基准.而使基准的线性误差在结果中的影响越来越小的方法，实现了对传感器线性误差的高精度校正。文章阐述了自律校正法的原理，并介绍了基于自律校正法原理对PSD的线性误差进行自律校正的结果。     

时栅角位移传感器在线自标定系统

为解决时栅角位移传感器在实际应用中的在线标定问题,提出了一种定角平移自标定方法并设计了相应的自标定系统。该方法首先把圆周封闭的自然基准转换成定角基准,在时栅内部建立了自标定基准。然后,根据傅里叶级数的性质,将定角基准平移到傅里叶变换的幅值和相位中,建立了测量值之差与误差之差的函数关系。通过对测量值之差进行傅里叶分析,重构了时栅角位移传感器的误差函数。最后,讨论了影响自标定精度的误差来源,并设计了传感器的零点纠错算法。为了检验自标定效果,利用激光干涉仪实验装置与自标定系统进行了对比试验。结果表明:定角平移自标定精度为1.9″,与理论计算的自标定误差(1.5±0.5)″的结论相符。提出的自标定方法在解决时栅自身标定基准的同时,满足了精密测量领域对时栅精度和可靠性的要求。     

Rotation error measurement technology and experimentation research of high-precision hydrostatic spindle

The hydrostatic spindle is widely applied in the field of high-precision machine tools, which has some advantages such as high stiffness, high rotary precision, and the high damping shock absorption. The spindle rotation error is an important index to measure the machining accuracy of machine tools. Due to the installing eccentric error of the test bar, conventional method based on the standard test bar to measure the rotation error indirectly is applied to the precision machine tools and common machine tools whose rotation error is greater than 1 μm only. In order to eliminate the installing eccentric error of the standard test bar, it presents a self-reference approach that takes the online finish turning test bar, rather than that of the standard test bar, as the measuring datum. Using the capacitive micro-displacement sensor and the LMS data acquisition equipment as the test platform, it designs a set of spindle rotation error measurement system. Then it studies the frequency domain three-point method and has the rotation error and roundness error of high-precision hydrostatic spindle separated. Experimental study shows that the rotation error and the roundness error of the spindle are 0.9 and 0.3 μm, respectively, under the circumstance of conventional standard test bar as the measuring datum. However, if it takes the online finish turning test bar as the measuring datum, the rotation error and the roundness error of the spindle are only 0.3 and 0.1 μm, respectively. The self-reference method is able to eliminate the installing eccentric error of standard test bar directly, and the measurement system has realized the accurate measurements of the rotation error and roundness error of the high-precision hydrostatic spindle.     

回转一次直线误差对车削表面影响的精确分析

用数学方法,分析并验证在车削加工中,当主轴回转轴线作一次简谐直线运动时,对应加工工件轮廓曲线的"最小区域中心"位置及其运动轨迹,得出正确的圆度误差和偏心误差值;以及以上圆度误差值与误差运动方向无关的结论.     

精密主轴回转精度的动态测试

本文应用曲线拟合法对测量信号进行拟合,识别并保留了一次误差运动,正确消除了测量球的偏心,从而得到包含一次误差运动在内完整的误差运动。并用LSC中心进行误差评定。编制了操作简便、容易掌握的实用软件。     

[误差建模及精度保证方法]双五轴数控铣削机床旋转轴误差辨识方法

为了快速、系统地辨识双五轴数控铣削机床旋转轴几何误差，提出了一种基于R-test的误差测量辨识方法。根据R-test误差模型研究误差测量值与各项误差参数的关系，辨识旋转轴各个几何误差项以得到旋转轴的安装误差和运动误差；利用最小二乘法原理平面圆拟合和直线拟合的方法分别辨识出2项位移误差和2项垂直度误差；基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立刀具坐标系与工件坐标系的齐次坐标变换模型，并辨识出3项移动误差和3项转动误差；最后，根据所得辨识值对X向和Y向位移误差进行补偿。实验结果表明，补偿后X向和Y向位移误差明显减小，误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。     

一种线阵声纳阵列群延时偏差标定方法

提出了一种新的线阵声纳阵列群延时偏差标定方法。从群延时偏差导致的阵列测向系统误差的角度出发，建立了群延时偏差的标定模型，利用多个频点的信息进行最小二乘拟合来精确测量群延时偏差。理论分析和实验表明，新的群延时标定方法是有效且技术可行的，标定精度可以优于1ns，高于传统基于单频的标定方法。     

基于误差转换及图像域的圆度评定方法

针对工程应用中圆度误差评定方法存在理论深奥、计算复杂、检测效率低且不适用于大容量采样点的问题,提出了一种基于误差转换及图像域的圆度误差评定方法。该方法首先将图像域测量得到的原始圆度误差进行转换,使其满足误差评定的要求;然后以最小二乘圆为起始圆,寻求半径或半径差的“极大中的极小”,通过对最小二乘圆进行小尺度平移,并用遗传算法得到该平移规划坐标,从而获得平移后的理想圆并求得圆度误差值;最后对某型号零件进行试验,试验结果与用三坐标测量得到的结果相吻合,表明该方法可以有效、正确地进行圆度误差的评定。     

主轴回转运动精度的计算机视觉测量系统

基于计算机视觉测量技术,建立了机床主轴回转运动精度测量系统。系统主要由CCD 摄像机、计算机和相应的图像处理软件组成。利用图像传感器记录靶标特征点运动轨迹,经过图像处理软件的数据处理,可直接测得主轴的回转运动。由于靶标特征点的提取直接影响系统的测量精度,因此提出了以圆形标记作为靶标图案,采用面积矩方法提取圆心来提高系统测量精度。在MATLAB 环境下编程实现图像处理和数据计算,采用最小区域圆法计算主轴回转误差。最后采用该系统对车床主轴进行了测量,试验证明,系统可以实现主轴回转运动精度的精确、快速测量,且精度达到微米级。     

稳健李代数旋转平均用于GPS辅助无人机影像三维重建

针对最小二乘的旋转平均方法对粗差敏感,求解影像旋转参数不够精确的问题,提出了一种稳健的旋转平均方法。先利用李群和李代数之间的映射关系,将旋转矩阵的乘积运算简化为李代数中的减法运算,推导出旋转平均迭代解算的线性化方程;然后利用L1范数优化和迭代加权最小二乘相结合的方法求解全局一致旋转最优解;最后采用迭代策略剔除粗差,得到精确的旋转矩阵。实验结果表明,与传统最小二乘方法相比,提出方法的旋转参数求解精度更高,稳健性更好,用于三维重建可以得到更密集均匀的点云,重建完整性更好。旋转平均的精度优于0.15度,计算时间不超过0.31s,光束法平差后,重投影误差在1.3个像素以内。基本满足快速稳健三维重建的要求。