测头半径误差补偿原理及其应用

用接触式形状测量仪测量轴承沟道曲率半径和沟道形状时,消除测头半径引起的测量误差是提高测量精度的关键.本文用B样条曲线的最小二乘法逼近曲线,建立曲线的数学模型,利用测头的中心轨迹与被测轮廓互为等距曲线的关系,进行测头半径补偿,从而获得精确的实测点集,最终实现高精度测量.     

基于多因素耦合的圆度测量误差计算与仿真

圆度是指轴、孔类零件轮廓接近理论圆的程度。不同于一般所见即所得的测量方式,圆度通常在专用的测量仪器圆度仪上完成相对轮廓数据的采集、后处理和计算等步骤得到。针对圆度测量过程中工件放置偏心和测头安装偏心两个突出问题造成的圆度测量误差,详细分析了其误差产生机理和相互耦合关系,并通过Matlab计算仿真,从定性和定量两方面给出了两类偏差的调整参考值。计算结果表明,零件放置偏心并不会直接影响圆度计算结果,但会加剧直径误差和测头安装偏心对圆度计算的影响;测头安装偏心会导致被测极半径矢量失真,间接影响圆度计算结果。根据一般测量精度不大于0.01μm的要求,得出被测工件放置偏心应小于0.2mm、测头安装偏心应小于0.4mm。     

工件轮廓线参数校正方法研究

接触式轮廓仪是测量机械零件表面轮廓特征信息的有效工具,它可以对机械工件的轮廓、二维尺寸、二维位移进行测验与检验。在进行测量时,由于要与被测工件表面接触,就会存在由于探针沾污,探针缺陷以及扫描位置不准的现象,检测到的轮廓曲线会呈现出粗糙不平的情况,这给准确标注工件轮廓线带来了影响。本文以某工件轮廓线参数为基础,研究了一种工件轮廓参数校正方法。该方法可以根据工件在不同角度的轮廓线数据,计算出倾斜角度,同时设计了坐标变换模型,对其进行角度校正,给出了水平状态与倾斜状态下的模型误差。     

大口径超精密轮廓仪的设计及精度标定

介绍了自行研制的超精密轮廓仪,其最大测量口径为Φ1250mm,综合测量精度指标为±0.5μm。该轮廓仪采用柱坐标接触式测量方法,通过测量子午线方法实现对光学元件的轮廓度的评定,其精度适用于精磨粗抛阶段的检测。根据子午线理论方程分析了最小二乘原理轮廓度的评定理论,列出满足轮廓仪结构的测量路径,介绍了轮廓仪机械结构、测控和软件流程等相关内容,最后通过标准球对测量仪的综合使用精度进行标定。     

汽车发动机凸轮轴测量的理论与实践

论述了凸轮轴自动测量仪的测量原理．提出了凸轮升程的测量方法和测量误差的评定方法及其相应的偏心校正公式。     

视觉测量齿轮定位偏心对齿距测量精度的影响

为了提高中小模数直齿圆柱齿轮视觉测量仪齿距测量精度,分析了在视觉坐标系内齿轮基圆定位偏心对齿距测量误差的影响规律。通过理论分析和仿真计算得出基圆定位偏心导致齿廓初始相位角误差的正弦曲线模型,进而研究了基圆定位偏心对齿距测量误差的影响。根据视觉测量仪相对法测量齿距原理,推导出齿距测量误差增量公式,并在齿轮视觉测量仪上对实际齿轮进行了测量实验。实验结果表明,提出的基圆定位偏心所导致的齿距测量误差增量模型具有较高的计算精度,可以用于齿轮视觉测量仪器研发时的精度分析;当偏心量e≤40μm,定位误差Δψ_j≤1°时,可以满足5级精度齿轮的测量要求;对于齿数z≥45的齿轮,可以采用双齿距测量方法来提高视觉测量效率,能够满足5级精度齿轮的测量要求。     

四轴非接触测量坐标系偏移的精密检测方法研究

温度变化是引起测量误差的一个重要因素,对于带立式转台的四轴测量机来说,温度变化会造成转台轴线相对于测量机零点的位置变化,即将之前的转台坐标系进行了平移,这样就给测量结果带来了误差。为了测量计算转台坐标系发生的偏移,本文对比了旋转转台多角度测棒法和固定转台单角度测棒法两种方法,最终确定了利用非接触测头在固定转台不旋转的情况下通过标准棒测轴线法来获得转台坐标系偏移,进而实现对测量数据的温度补偿,从而提高测量精度。     

纳米精度在位测量系统测头误差校正方法

针对超精密机床两轴联动接触式在位测量过程中测头误差影响测量精度的问题,提出了一种测头半径误差及形状误差校正方法。进行了在位测量实验,比较分析了测头误差未校正、测头半径误差校正及测头形状误差校正三种情况的测量结果,并分别与Taylor Hobson PGI840离线测量结果进行对比,以验证测头形状误差校正方法的有效性。测头形状误差校正后,面形精度PV值由420nm变为370nm,与离线测量PV值380nm的差值为10nm。结果表明,该在位测量系统测头误差校正方法有效,能够提高在位测量精度。     

高精度衍射光栅干涉式测量系统的主要误差分析与仿真

设计了一种高精度位移传感器——衍射光栅干涉仪系统。该系统利用半导体激光器作为光源,衍射光栅作为长度标准,其光学原理可以利用多普勒效应来阐述。给出当光栅存在沿X向、Y向上的位移偏差和绕X轴、Y轴和Z轴的转动误差时,引起干涉条纹质量变化和测量误差的定量关系,为测量系统在实际应用中进行误差修正提供依据。经分析可知,光栅沿X轴(光栅运动方向)、Y轴(光栅刻线方向)和Z轴的偏移几乎不会导致条纹信号变化;当光栅沿着X轴旋转时,条纹方向和间隔均发生了变化;当绕Z轴旋转时,条纹间隔没有变化但是方向发生了变化;当沿X轴和Y轴旋转后,条纹位置分别向右和向下移动。光栅沿Z轴移动误差小于0.05mm,绕X轴和Z轴旋转误差小于0.002rad,绕Y轴旋转误差小于0.005rad时,满足测量范围为1000mm时,精度为±3μm测量的要求。     

自由曲面超精密成形在线测量仪的研制

设计研制一种用于成形表面接触式在线测量的超精度测量仪.其优点是测量力小(大约100～150mgf),对被测表面不会产生划伤、刮痕,测量精度高,测量仪测头的倾斜与滑动引起的测量误差很小,且其运动通过极小型的激光干涉差分传感器进行检测.因此,其测量数据的相关性和重复性比传统的传感器要好得多,测量数据的重复性3σ小于0.1μm.该测量仪可实时进行测量,测量得到的数据通过电脑同步输出,效率高.     

A new stylus instrument with a wide dynamic range for use in surface metrology

An instrument has been developed which can measure not only radius of curvature but also form deviation and surface texture at the same time. A computer is used to mathematically separate the form from the texture. The technique can be applied to the measurement of cross track curvature of bearing raceways and to other precision components whose form is defined as a circular arc, or a straight line, in which case angle will be measured instead of radius. The measurement of other forms such as parabolic, elliptical, hyperbolic and aspheric are the subject of continuing development. The instrument provides a distinctive and useful advance in measurement by the stylus method, offering possible solutions to many obdurate problems in the field of surface metrology     

光学非球面坐标测量中位姿误差的分离与优化

在开发了一种专用非球面坐标测量机的基础上,分析了测量系统与工件在空间6个自由度上的相对位姿误差的关系,建立了位姿误差的数学模型。利用模型参数估计的方法,建立了测量数据与名义面形之间基于最小二乘法的优化模型,得到了上述位姿误差的最小二乘估计,并据此对工件面形误差测量结果进行校正,消除了位姿误差的影响,提高了测量结果的可信度与精度,最终使测量系统精度达到0.5 μm,重复精度优于0.3 μm。     

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。     

凸轮轴偏心的测量与修正方法研究

将实用谐波分析技术应用于凸轮轴两端主轴颈偏心修正中,建立了基于凸轮轴两端主轴颈的各凸轮偏心距和偏心角的计算模型并对其算法进行了分析,通过偏心修正减小了凸轮轴测量基准和设计基准不统一以及凸轮轴自身弯曲带来的系统误差,避免了传统修正偏心算法中的插值误差。搭建了测量凸轮轴的实验平台,对主轴颈和凸轮的实测数据进行了偏心修正。实验结果表明,该方法对主轴径和凸轮偏心量的修正效果明显,提高了仪器的测量精度。     

球面透镜曲率半径的线性测量机构

介绍了球面透镜曲率半径的线性测量原理及机构,其原理是将透镜测量中涉及到的球面曲率半径、测环半径、矢高对应处理成正比线性关系,提出了按此原理设计的三种测量机构的实例,使球面透镜曲率半径的线性测量获得了满意的结果。     

螺纹参数测量中工件定位误差分析和补偿

利用齐次坐标变换方法从理论上研究了单针扫描式螺纹测量仪的工件定位误差模型,并考虑探针尖头的几何形状,建立了更加精准的曲线方程。以该曲线作为最小二乘拟合曲线,根据数学模型的特点和参数的取值范围,采用改进的单纯形-模拟退火(SMSA)算法,通过对标准件的测量,求解模型参数,补偿对应误差,减小了简单直线拟合的模型误差。基于该方法,在自主研发的测针式螺纹测量仪上进行了实验验证,结果表明,所述模型更符合实际情况,能够有效地减小工件定位误差。     

圆弧金刚石砂轮三维几何形貌的在位检测和误差评价

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求,提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型,利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据;对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理,得到砂轮三维几何形貌。然后,根据非球面平行磨削加工特点,提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓,进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标,并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后,对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测,获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据:即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3mm,半径波动极差为0.16mm,中央±8mm环带内圆弧的圆度误差约为5μm,圆周跳动误差约为2μm,截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008mm。根据检测结果,进行了大口径复杂非球面磨削实验,得到的元件面形P-V值为4.62μm,RMS值优于0.7μm,满足工程的实际需求。     

一种圆度仪辅助测量工装的设计

转台式圆度仪是一种用于测量圆度、圆柱度、同轴度等参数的仪器。传统的使用圆度仪测量半径的方法由于操作繁琐、定位精度低,已不适用于大批量生产检测。提出了一种新的测量工装,具有结构简单、使用方便等特点。实践证明,使用新的工装辅助圆度仪进行内孔半径的测试,可以对工件进行较精确的定位,充分发挥圆度仪的精准性,有效避免了因定位误差导致需要重新调整工件位置的困扰,显著提高测量定位精度及工作效率。     

激光共焦透镜曲率半径测量系统

基于共焦技术独特的轴向层析定焦能力并结合气浮导轨平移台和激光干涉仪测长系统,研制了一套高精度、非接触激光共焦透镜曲率半径测量系统。该系统利用共焦轴向光强响应曲线的峰值点对应系统物镜聚焦焦点这一特性,使用峰值点对被测透镜的猫眼位置及共焦位置进行精确定位,并结合激光干涉仪获得透镜猫眼位置及共焦位置坐标值,从而计算得到透镜的曲率半径。系统由主控软件控制气浮导轨带动被测透镜在猫眼位置及共焦位置附近进行扫描测量,并实现信号采集和数据处理。实验表明,利用该系统测量透镜的曲率半径时,测量重复性优于2 μm,满足国内高精度透镜曲率半径测量的精度需求。该系统测量速度快、操作简便、结构简单且易于实现小型化。