龙门机床进给系统热误差模型关键点优化

为了解决温度测点数量和测点间复共线性对龙门机床热误差模型精度和鲁棒性的影响,提出了一种测点综合优化方法。首先,采用模糊聚类法和相关性分析筛选出对热误差影响较大的关键点,达到优化测点数量的目的;然后采用特征提取法得到预测模型的自变量,特征提取消除了复共线性对预测模型精度和鲁棒性的影响。在一台龙门精密镗铣加工中心上实验验证,结果表明:所提出的测点综合优化法优于自适应模糊聚类热关键点优化,采用该方法进行误差预测模型关键点优化可有效提高模型精度和鲁棒性。     

基于温度特征提取的数控机床热误差建模

在数控机床的热误差补偿技术中,机床温度信息的提取对改善机床的加工精度至关重要。首先对广泛使用的模糊聚类多元线性回归模型在变工况下的性能进行了试验,结果证明:试验工况变化后,该模型预测值失准。通过方差膨胀因子判断,这种现象是由模型自变量的复共线性引起。为了改进上述模型,提出了一种温度特征提取的建模方法,通过特征提取算法,提取模糊聚类优化测点的综合特征,从而得到综合特征自变量,最后利用综合自变量进行回归建模。试验表明,该方法有效消除了复共线性对模型预测精度和鲁棒性的影响,优化后的回归模型均方根误差在4μm以内,可有效预测76%以上误差,相较于其他方法表现出优良的预测性能,易于在其他机床热误差补偿中推广使用。     

基于互信息法和改进模糊聚类的机床热关键点优化研究

基于热误差模型进行机床热误差补偿是保证数控机床加工精度的一种有效方法,温度测点的布置和辨识会直接影响热误差建模的精确性和鲁棒性。本文提出一种互信息和改进模糊聚类法相结合的机床热关键点优化方法。以机床不同位置处的多个测点温度值及工件热变形作为分析数据,通过计算温度变量与热变形之间的平均互信息量,获得其综合关联度矩阵,确定二者之间的相关性后初选温度变量。根据改进模糊聚类法、F统计量和复判定系数对初选的温测点进行聚类,并结合温度变量与热变形之间的综合关联度值提取机床热关键点,从而实现测点优化。将基于该方法所得到的热误差模型与采用变量分组优化法获得的热误差模型进行比较,结果显示采用该方法进行热误差建模,机床X轴和Y轴的热变形预测精度得到显著提高,有利于改善加工精度。     

基于互信息法和改进模糊聚类的温度测点优化

基于热误差模型进行机床热误差补偿是保证数控机床加工精度的一种有效方法,温度测点的布置和辨识会直接影响热误差建模的精确性和鲁棒性。本文提出一种互信息和改进模糊聚类法相结合的机床热关键点优化方法。以机床不同位置处的多个测点温度值及工件热变形作为分析数据,通过计算温度变量与热变形之间的平均互信息量,获得其综合关联度矩阵,确定二者之间的相关性后初选温度变量。根据改进模糊聚类法、F统计量和复判定系数对初选的温测点进行聚类,并结合温度变量与热变形之间的综合关联度值提取机床热关键点,从而实现测点优化。将基于该方法所得到的热误差模型与采用变量分组优化法获得的热误差模型进行比较,结果显示采用该方法进行热误差建模,机床X轴和Y轴的热变形预测精度得到显著提高,有利于改善加工精度。     

机床丝杠进给系统热误差测点优化及实验

针对丝杠进给系统热误差监测点多,且测点之间存在复共线性影响热误差建模精度的问题,提出了一种综合测点优化的方法。首先利用Pearson相关性分析筛选出相关性较高的点,其次利用灰色关联法求出各温度变量间的灰色关联度并由此建立模糊相似矩阵,再采用模糊聚类和F分布统计确定最优测点组合后,由偏相关性分析剔除弱相关变量并建立热误差线性回归模型。在某龙门加工中心进行实验验证,结果表明温度测点由12个减小到3个,丝杠热误差由13μm减小到10μm。     

基于有序聚类的机床热误差测点优化

温度测点的选择直接影响数控机床热误差补偿模型的性能。考虑到温度有序传递的特点,提出了有序聚类测点优化的方法。以试验数据为基础,计算类直径并比较目标误差函数;然后对温度变量分类,确定最佳分类数;通过计算热误差和温度之间的相关系数,确定最优测点。采用定位误差分解建模法结合选取的最优测点建立热误差预测模型,分别与模糊聚类和变量分组测点优化建立的模型进行比较,试验结果表明,有序聚类测点优化法精度较高,具有一定的应用前景。     

数控机床进给系统误差综合补偿

数控机床进给系统的几何误差和热误差是影响零件加工精度的主要因素,为了有效地改善加工精度,提出了一种几何误差和热误差综合预测模型。通过分析进给系统的热误差曲线特征,对机床的几何误差及热误差进行分离。采用最小二乘法对几何误差进行一元四次拟合得到几何误差模型;利用模糊聚类和相关分析对温度测点进行优化,建立热误差模型;将上述几何及热误差模型线性叠加形成综合模型。在一台数控车床上,对机床初始运行、升温及热平衡三个典型阶段进行实验验证,结果表明:进给系统误差综合补偿模型具有良好的鲁棒性,能较大幅度地改善机床的加工精度。     

基于ANFIS的高速电主轴热误差建模研究

为了减少热误差对电主轴加工精度的影响,需要建立电主轴的热误差补偿系统,而补偿系统的性能主要取决于热误差预测模型的准确性和模型输入的温度质量。为保证输入模型的温度质量,采用模糊C-均值聚类和灰色关联分析相结合的综合算法优化温度测点,将温度测点的数量由10降至3个,以某台电主轴为试验对象,以电主轴转速为7 000 r/min的温度变量为输入,热误差变量为输出,采用自适应神经模糊推理系统建立了电主轴的热误差预测模型,并以转速为5 000和9 000 r/min的实验数据作为验证,结果表明,建立的ANFIS热误差预测模型可以有效地预测电主轴的热误差,预测模型的残差小于1μm。最后,与误差反向传播神经网络进行对比,结果表明该预测模型具有更高的精度和抗干扰能力。     

重型数控机床热误差建模及预测方法的研究

重型数控机床的热误差已经成为影响其加工精度的一个关键问题。针对一台典型的重型落地铣镗床,以机床热误差测量试验为依据,分析该类机床温度场的特点;据此提出一种旨在完成高效温度测点优化的改进系统聚类方法,该方法使用一种兼顾欧氏距离和相关系数的系统聚类准则,可以有效地降低优化后温度测点之间的共线性。基于优化后的温度测点,利用多元线性回归分析,构建了机床的热误差预测模型。现场试验数据表明,该方法可以将热误差预测的均方根误差降低到10μm以下,相较于其他方法有着更高的热误差预测精度,有望在其他重型数控机床的热误差建模和预测研究中得到更大的推广应用。     

基于FCM自适应模糊聚类的温度测点优化

在数控机床热误差建模中,温度测点的选择与优化是一个难点。针对传统的FCM模糊聚类方法对数控机床温度测点优化需要人为事先确定聚类数目,提出了一种FCM自适应模糊聚类测点优化方法。该方法在FCM聚类算法的基础上,建立了聚类数自适应函数,并自动给出最佳聚类数。通过对一台立式铣床进行实验验证,结果表明:FCM自适应模糊聚类方法自动将机床的温度测点由13个减少到6个。结合多元回归分析,建立了关键测温点的热误差模型,所建立的热误差模型精度较高,热误差由50μm减小到10μm以下,验证了该方法的有效性。     

数控机床温度敏感点变动性及其影响

数控机床热误差补偿技术中的核心问题是建立能够反映机床温升与热误差之间的数学模型,其精度和稳健性则取决于模型自变量能否准确地反映机床温度场分布特性,即温度敏感点选择结果是否准确和稳定。通过对Leaderway-V450型数控加工中心主轴Z向的多批次空转数据进行分析发现,温度敏感点存在变动性特征,导致自变量间多重共线性程度发生变化,进而对模型的预测精度和稳健性产生严重影响。由于主成分回归算法具有消除自变量共线性影响作用,故提出采用该算法进行建模,并通过实际机床进行实践检验。结果表明,采用主成分回归算法建模,显著降低了温度敏感点变动性对模型预测精度的影响,能保证模型具有很好的预测精度和稳健性。     

基于XGBoost特征提取的数据驱动故障诊断方法

针对目前用于故障诊断领域的机器学习方法尚不能够充分挖掘数据中隐含故障特征信息，存在逼近精度不足的问题，提出一种基于XGBoost算法的隐含特征信息提取方法。根据故障数据与故障类型自定义XGBoost算法的损失函数，迭代构建故障分裂树；提取样本在故障树中的叶子节点位置索引向量并进行特征编码重构，得到隐含故障信息的智能化表征；基于该表征矩阵，使用SVM等机器学习算法建立故障诊断模型，实现多故障模式的识别诊断；最后，以某驱动器的故障诊断为例对方法进行了验证，结果表明：与原始特征下的故障诊断模型相比，基于XGBoost算法提取隐含特征下的诊断模型准确度更高，鲁棒性更好，同时能给出特征变量的重要性排序。     

数控机床热误差时间序列模型预测稳健性的提升

针对数控机床热误差建模应用的时间序列算法受严重多重共线性的影响存在预测稳健性不足的问题,提出一种提升时间序列预测稳健性的方法。该方法将时间序列算法与能够抑制多重共线性的建模算法相结合,从而既可通过在模型中加入温度滞后值来提供更全面的温度信息,又可对温度滞后值引入的更为严重的多重共线性进行处理。文中以时间序列算法中的分布滞后(DL)算法、共线性抑制算法中的主成分回归(PCR)算法为例,采用主成分分布滞后(PCDL)算法建立了机床热误差补偿模型,并将其与DL算法的预测精度和稳健性进行了比较。结果显示,PCDL算法因为抑制了多重共线性的影响,其模型预测精度和稳健性远优于DL模型,预测精度提升了约9μm。本文所述方法可为时间序列数据建模在不同领域内的应用提供参考。     

基于稀疏直接法的特征增强视觉 SLAM 算法

针对基于特征点的视觉同步定位与建图(SLAM)算法在低纹理环境下特征提取能力弱、定位精度降低和鲁棒性差的问 题,本文提出了一种基于稀疏直接法的特征增强视觉 SLAM 算法。 首先对图像序列进行预处理,提高算法的特征提取能力;然 后融合基于图优化的稀疏直接法和特征点法求解位姿,在保证算法定位精度的前提下,提高算法的运行效率和鲁棒性。 由 TUM 数据集的实验结果表明,本文提出的算法定位精度优于当前 SLAM 算法,在 TUM 数据集中纹理稀疏的场景下,该算法提取 的特征点数目是 ORB-SLAM2 算法的 9. 6 倍,平均每帧跟踪耗时减少了 58% 。     

基于单目视觉的视网膜三维重建技术研究

为了在视网膜疾病诊断中获得精度高、可视化好的视网膜,提出一种基于单目视觉的视网膜三维重建算法。该算法通过对两幅预处理图像的特征点提取确定匹配点对之间的对应关系,采用RANSAC算法去除误匹配点对,准确率高,用链匹配的方法使得多幅图像间的特征点匹配从而得到整体最优化结果。根据不同图像间特征点的对应关系,使用4通光束平差法确定空间中摄像机相对位置关系,使用PMVS算法实现视网膜的三维重建。实验结果表明,该算法具有很好的鲁棒性和稳定性,能较好地实现视网膜的三维重建。     

Temperature variable optimization for precision machine tool thermal error compensation on optimal threshold

Machine tool thermal error is an important reason for poor machining accuracy.Thermal error compensation is a primary technology in accuracy control.To build thermal error model,temperature variables are needed to be divided into several groups on an appropriate threshold.Currently,group threshold value is mainly determined by researchers experience.Few studies focus on group threshold in temperature variable grouping.Since the threshold is important in error compensation,this paper arms to find out an optimal threshold to realize temperature variable optimization in thermal error modeling.Firstly,correlation coefficient is used to express membership grade of temperature variables,and the theory of fuzzy transitive closure is applied to obtain relational matrix of temperature variables.Concepts as compact degree and separable degree are introduced.Then evaluation model of temperature variable clustering is built.The optimal threshold and the best temperature variable clustering can be obtained by setting the maximum value of evaluation model as the objective.Finally,correlation coefficients between temperature variables and thermal error are calculated in order to find out optimum temperature variables for thermal error modeling.An experiment is conducted on a precise horizontal machining center.In experiment,three displacement sensors are used to measure spindle thermal error and twenty-nine temperature sensors are utilized to detect the machining center temperature.Experimental result shows that the new method of temperature variable optimization on optimal threshold successfully worked out a best threshold value interval and chose seven temperature variables from twenty-nine temperature measuring points.The model residual of z direction is within 3 m.Obviously,the proposed new variable optimization method has simple computing process and good modeling accuracy,which is quite fit for thermal error compensation.     

灰色系统理论在机床热误差测点优化中的应用

针对影响机床加工热误差建模的机床温度场分布问题，借用灰色系统理论的关联度分析方法。对热传感器在机床上的优化布点进行了研究，从原先的16个温度测点减少到仅使用其中的4个关键温度进行热误差建模，从而可以较简便的分析所研究机床的热误差，提高了热误差建模的鲁棒性。     

改进蝙蝠算法优化支持向量机的故障诊断方法

提出了一种基于变分模态分解（VMD）和时移多尺度散布熵（TSMDE）的故障特征提取结合改进的蝙蝠算法（IBA）来优化支持向量机（SVM）的滚动轴承故障诊断方法。通过变分模态分解,避免了模式混叠问题,提取各模态分量的散布熵构造故障特征向量,作为故障诊断模型的输入;提出了一种新的自适应速度权重因子用于构建改进的蝙蝠算法以优化支持向量机（IBA-SVM）,实现了对不同故障类型的轴承进行分类;利用实验数据对提出的诊断方法进行验证,并与用粒子群算法（PSO）优化支持向量机（PSO-SVM）的诊断方法进行对比。结果表明所提出的方法分类准确率更高,用时更少。     

基于遗传算法优化小波神经网络数控机床热误差建模

数控机床的热误差已经成为影响其加工精度的一个关键因素,为最大限度提高数控机床热误差补偿的精度和效率,结合遗传算法自适应全局优化搜索能力和小波神经网络良好的时频局部特性的优点,提出一种基于遗传算法优化小波神经网络的机床热误差补偿模型。以某型号五轴摆动卧式加工中心为试验对象,以机床温度变量和热误差为数据输入样本,建立小波神经网络模型热误差预测模型,然后用遗传算法优化小波神经网络权值、阈值,最终建立热误差预测模型。通过与传统人工神经网络和普通小波神经网络进行对比分析及试验论证表明,该补偿模型具有精度高、抗扰动能力和鲁棒性强等优点,有望在实际加工场合的数控机床的热误差预测和补偿研究中得到更大的推广应用。