一种非接触式R-test测量仪球心坐标计算方法

R-test测量仪是用于五轴数控机床转动轴结构误差测量的专用设备,其通过测量球相对测量坐标系的位置变化进行误差辨识。在测量坐标系中,测量球球心坐标计算的准确性和稳定性是保证测量精度的重要前提。为进行测量球球心坐标的精确计算,构建了非接触式R-test测量仪的结构模型并建立了球心坐标计算方程组。以球心坐标计算方程组为基础,简化得到用于球心坐标求解的非线性方程组并构建其目标函数,然后采用差分进化算法提高球心坐标求解的精度。最后,在GF Mikron UCP800五轴机床上进行对比实验,将测量球球心坐标的计算结果与机床实际坐标进行对比,验证所提出球心坐标计算方法的精度和可靠性。     

非接触式R-test测量仪的现场标定方法研究

R-test测量仪是用于五轴数控机床转动轴结构误差测量的专用设备,其标定的准确性和可实施性是保证测量精度的重要前题。研究了一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪现场标定方法。该方法可直接在被测量机床上实施,利用机床直线轴的高精度微量移动完成仪器测量坐标系和传感器感应平面的标定。在标定完成后,通过样机的现场标定实验和精度验证,验证所提出标定方法的精度和可实施性。最后证明了该方法可减小R-test测量仪在加工装配以及在机床上安装过程所引入的误差对最终测量精度的影响,从而提高R-test测量仪的测量精度和可靠性。     

基于磨齿机的螺旋锥齿轮小轮齿形误差的在机测量

为了在国产数控螺旋锥齿轮磨齿机上实现齿形误差的精密测量,对螺旋锥齿轮小轮齿形误差的在机测量技术进行了研究。根据H350G型数控磨齿机的机床结构和机床坐标系,利用标定块标定了测球球心在机床坐标系中的坐标。建立了小轮齿形误差的在机测量方法,通过将理论齿面各离散点旋转到机床坐标系XZ平面,并将小轮绕轴线相对于参考点位置旋转一定角度,同时控制机床各数控轴的运动,使测头沿理论齿面各离散点法矢方向逼近实际齿面,根据测头触发时测球球心的坐标,运用曲面拟合技术和最优化算法,计算了实际齿面相对于理论齿面的齿形误差。通过比对在机测量和齿轮测量中心的齿形误差测量结果,验证了小轮齿形误差在机测量方法的正确性。     

[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。     

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R-test球头球心检测装置结构优化设计方法

基于数控系统绕刀具中心旋转(Rotation tool center point,RTCP)功能,R-test装置被用于多轴联动数控机床的联动精度检测与标定。该仪器通过三个直线位移传感器测量安装于主轴的球头球心空间位置,从而可测量机床多轴联动时的刀具中心点位置误差。在分析测量原理的基础上,提出最大测量空间和测量敏感度的两个用于评价测量性能的指标及相应的数值算法,得到一种R-test装置结构优化设计方法。在选择通用球头芯棒与长度计的情况下,通过约束分析得到测量杆安装圆直径、测量杆与基准面夹角两个关键尺寸的设计区间,利用蒙特卡罗法搜索得到这两个关键尺寸的最优解,完成结构优化设计。仿真表明,优化设计得到的R-test测量装置具有最佳的测量敏感度,可测区域大于半径为4 mm的球体,能满足实际测量精度和测量空间需要。     

五轴数控机床旋转轴综合误差测量与辨识

针对五轴数控机床旋转轴的运动误差和几何误差的综合评估问题,在不考虑直线轴运动误差影响的情况下,提出了一种采用R-test测量仪的测量及其辨识方法。首先,测量过程按照参考球的两种不同高度设置进行,仅移动旋转轴,而不移动直线轴。其次,利用R-test测量仪对旋转轴的运动精度进行了测量。此外,假设旋转轴位置几何误差和工作台上参考球的设置误差是影响测量结果的因素,并通过最小二乘法对这些因素进行分离。采用IBS公司的R-test测量仪,对米克朗公司UCP800Duro立式五轴加工中心C轴的运动误差和几何误差进行了测量实验。研究结果表明,该方法能够正确识别旋转轴的运动误差和几何误差,可以有效地综合评估旋转轴的运动精度,并有助于进一步提高旋转工作台的精度。     

变轴数控机床的标定方法

变轴数控机床的精度直接影响着其加工能力.文中以北京理工大学自行开发研制的BKX-I型变轴数控机床为研究对象,针对机床的结构特点,利用三坐标测量仪测量动平台球副中心;采用激光跟踪仪测定静平台万向节副中心;并在此基础上,建立杆长误差的标定模型.该方法对于6-UPS型并联机床的标定具有通用性和实用性.     

基于粒子群优化算法的工业机器人与外部轴标定

提出一种新的标定方法标定外部轴工作台与机器人工具间的坐标转换关系。该方法分为三步：首先,建立系统的数学模型,并根据模型标定机器人手腕与接触式距离传感器间的坐标转换关系,从而机器人和距离传感器组成机器人测量系统。然后,按预定程序移动检测目标,利用标定好的机器人测量系统测量并采集数据,初步标定出外部轴的转轴和俯仰两轴与机器人基础坐标系间的转换关系。最后,确定优化的目标函数,利用粒子群优化算法优化关键参数以提高系统的整体精度。试验结果验证了该标定方法的有效性。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

一种机器人的平面约束自标定技术研究

针对目前基于平面约束的标定方法误差模型复杂、实验条件较为苛刻等问题,提出了一种操作简单的平面约束标定方法。首先提出了修正的末端位置误差模型;其次在标定块的角点上建立坐标系,利用测量头对经过该角点的三个平面分别进行接触式测量,记录接触瞬间的各组关节角度值并将机器人末端位置转换到标定块坐标系中,从而建立平面约束误差模型;另外通过接触式测量头及编程实现了自动化测量,提高了标定效率;最后对运动学参数误差进行辨识并将结果修正到控制器。实验表明,机器人的绝对位置精度有明显提高。该标定方法成本低、效率高、操作简单,在保证精度的前提下简化了误差模型,具有实际应用价值。     

旋转台几何误差的在机测量与辨识

旋转台是多轴数控机床的基本组成部件,其几何误差对加工精度具有显著的影响。以旋转台轴线的4项定位误差及6项运动误差的测量与辨识为目标,利用标准球和接触式测头设计简易、高效的综合误差在机测量方案,提出基于综合误差的分步辨识方法。首先,在旋转工作台上安装高度不等、位置不一的标准球以构建测量点系,并在不同旋转角度下,利用直线轴的插补运动带动高精度测量头测量球心误差。然后,依据小误差理论和齐次变换原理依次构建4项定位误差和6项运动误差的分步辨识模型,辨识出全部误差项。在带旋转轴的机床上进行实验验证与实际应用,结果表明:利用辨识结果计算的预测值与实际测量值相比,绝对误差不超过0.004 mm;利用辨识误差项修正后的工件在机测量结果与三坐标测量值相比,绝对误差也不超过0.006 mm,满足了高精度的应用要求。该方法具有操作简单、占机时间少、辨识精度高的特点,适合加工现场的快速、短周期标定。     

点光源测头光束方向的标定

指出在采用点光源测头测量物面测点坐标时 ,因光束方向相对于机床坐标系的安装偏角而引起的测量误差问题。提出了一种标定光束方向的方法。设计 V形块做标定的靶标平面 ,通过在 V形块随各坐标轴做等距移动时采样 ,实现了点光源测头光束方向的标定。给出了标定光束方向后的测点坐标计算方法。并设计了仿真程序验证了该方法的可行性。仿真结果表明 ,当测头精度为 0 .0 1m m,光栅尺对机床位移的检测精度为 0 .0 0 2 mm时 ,光束方向的标定误差可以控制在 0 .1mrad的水平     

复杂轴类零件非圆轮廓接触式随动测量方法

非圆轮廓随动接触测量方法研究对实现曲轴、凸轮轴等复杂轴类零件高精度、高效率检测具有重要意义,针对复杂轴类零件非圆轮廓表面检测设计了一套接触式随动测量方案。借助头尾架环规建立工件坐标系,提出了回转中心与顶尖几何中心相对位置关系标定方法,建立了随动接触测量装置沿工件轴线方向运动时与回转轴线不平行引起的系统误差计算模型。利用凸轮基圆区域的转角与径向尺寸进行基圆最小二乘圆心位置寻优,以实现凸轮偏心修正,采用敏感点法与最小二乘法相结合的方式构建了凸轮升程误差评价模型。仿真分析了随动接触测量装置安装误差与顶尖几何中心标定误差对凸轮升程误差评定的影响。与ADCOLE 1200SH专用量仪的对比试验和重复性测量试验研究表明:SE13-J10型轴类零件随动接触测量机的凸轮尺寸、形位误差测量精度和重复精度满足轴类零件高精度测量需求,验证了接触式随动测量方案与凸轮误差评价模型的正确性。     

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。     

零部件数控机床加工精度综合误差模型构建研究

提出一种基于综合误差模型的零部件精度加工控制方法,对机械加工的误差来源进行分析。以高精度五轴加工机床为例,构建参考坐标系、相对坐标系和齐次坐标,并通过齐次变换,建立不同部件的运动关系和误差关系,通过推导求解得到综合误差。以实际的零部件加工为例,对以上的方案进行仿真验证,仿真结果与实际加工测量结果大致相同,为高精度零部件加工提供借鉴。     

星上敏感器空间矢量自准直测量方法及标定试验

针对星上敏感器测量坐标系高精度标定的需求,提出一种空间矢量自准直测量方法,采用光电自准直经纬仪、卫星转台、基准镜阵列和坐标平移系统等,实现立方镜镜面法向矢量之间夹角的高精度自动化测量。给出空间角测量模型,基于误差传播原理推导出误差模型,并证明不确定度上限;仿真分析传感器精度对空间角测量误差的灵敏度,并在此基础上进行误差分配;设计并研制星上敏感器空间矢量自准直测量系统,对光电自准直经纬仪的转角精度、两轴垂直度和整个系统的空间角测量精度等进行试验标定;结果表明,光电自准直经纬仪转角精度优于0.6″、两轴垂直度优于0.2″,空间角测量精度优于3″,验证所提出方法的有效性、误差分配的合理性和设计方案的可行性,可为高精度星上敏感器的自动化测量标定系统的开发和应用提供参考。     

基于跟踪仪的空间角测量

为了解决大尺寸空间角测量中测量基准难以建立、传递的难题,提出一种基于跟踪仪的空间角测量原理,并用自准直仪结合多面棱体对其测角误差进行标定。首先利用跟踪仪测量出基准参考轴和被测轴在惯性坐标系中的单位向量坐标,然后建立空间角测量的数学模型并实现空间角的计算,同时利用自准直仪结合多面棱体标定其测角误差。最后构建了测量系统的原理样机进行测量实验。测量结果表明样机的实际测量误差为11',满足测量精度要求。该测量原理采用跟踪仪的的惯性测量基准坐标系作为公共测量基准,有效的解决了空间角测量中测量基准难以建立、传递的难题,使得测量过程变得更加灵活。     

最小区域球度误差评价的弦线截交方法

最小区域球度误差评价是精密测量技术中的一个非常重要并且复杂问题。针对笛卡儿坐标系下球体形状误差评价,介绍一种利用弦线截交关系求解最小区域球度误差评价方法。通过构建笛卡儿坐标系下球度误差测量模型,提出基于一般二次曲面理论的最小二乘球心计算方法。根据最小区域球度误差模型分类,利用弦线截交关系建立起最小区域球度误差评价的2+3和3+2模型,最后通过截交几何模式产生了虚拟中心,从而准确确定球度误差评价模型的最大弦线与最大截面,达到快速精确构建模型的目的。测试数据和实例应用表明,基于弦线截交关系的最小区域球度误差评价方法具有更高的计算效率,且测量空间不受测量坐标系和零件几何形状误差的影响,并显著提高了整体评价的精度与准确性。     

齿轮测量中心测头球心位置的标定

齿轮测量中心测头球心位置的标定是实现精确测量的前提条件。根据CNC齿轮测量中心的测量原理,将采集到的标准球球面上的点运用最小二乘法拟合出标准球球心的坐标,然后通过空间矢量运算确定测量坐标系原点的位置。通过坐标转换法,将测球球心在机器坐标系中的位置转换到测量坐标系,实现了对测头球心位置的标定。