基于误差补偿的加工中心在线检测软件的开发

对加工中心在线检测软件误差补偿技术进行研究，基于Windows平台开发了在线检测误差补偿软件。并对软件开发中的关键技术检测系统的几何误差模型的建立、测头误差处理技术进行了研究。可以同时对测头误差、机床几何误差进行补偿，有效地提高了在线检测精度。软件系统在MAKINO立式加工中心上进行了实验验证。     

基于多色集合的三坐标测头规划方法研究

为了提高三坐标测量中测头选择的智能化和测头可达性分析的效率,提出了基于多色集合理论的测头规划方法。针对不同的被测几何要素,制定了测头"可达性判定规则";利用色多集合理论建立了测头选择与测头可达性分析相关模型,给出了基于多色集合的"测头规划算法";实现了测头类型的选择及测头角度的确定。经实例验证,表明该方法可靠、有效。     

凸轮轮廓度与对称度的计算机辅助测量

通过对单测头与双测头的原理进行比较分析,确定了在实际应用中使用单测头进行测量的方案。开发出单测头的对称凸轮计算机辅助测量仪(CAT),并设计了相应的控制软件。对一次测量得到的多个数据进行处理,得到检测出的轮廓曲线、起始角、凸轮的轮廓度与对称度,并进行相应的评定。     

双测头复合型微纳米测量仪的研制

针对当前微纳米测量中存在的大范围高精度测量及复杂微结构几何参数表征难题,基于多测头传感和精密定位平台复用技术,开发了一台具有多种测量尺度和测量模式的复合型微纳米测量仪。为使其具备大范围快速扫描测量和小范围精细测量功能,仪器集成了白光干涉和原子力显微镜两种测头,通过设计适用于两种测头集成的桥架结构及宏/微两级驱动定位平台,实现整机的开发。为保证仪器测量结果的准确性和溯源性,利用标准样板对开发完成的仪器进行了校准。仪器搭载的白光干涉测头可以达到横向500 nm,纵向1 nm的分辨力;原子力显微镜测头横向和纵向分辨力均可达到1 nm。最后,利用目标仪器对微球样品进行了测量,通过大范围成像和小范围精细扫描,获得了微球的表面特征,验证了仪器对复杂微结构的测量能力。     

海德汉全新无电池TS444型测头

TS444型红外线工件测头是海德汉公司最新开发的创新产品，它是电池驱动测头之外的又一个理想选择。TS444不同于传统测头，它不需要电池，也不需要充电设备，因此完全避免了装电池和取下电池、存放和处置电池。     

微纳米三坐标测量机测头的研究进展

根据微纳米三维测量的发展和研究现状,首先归纳了三维微纳米测头的技术要求并进行分类,然后对国内外微纳米CMM测头的研究进展进行了介绍和比较,指出了各种类型测头需要解决的问题。针对这些测头的局限性,探讨了正在研究的新型三维谐振触发方法和触发测头。最后对微纳米三坐标测头的研究与开发趋势进行了总结和展望。     

在线测量系统测头误差补偿技术研究

通过分析在线测量系统测量过程中触发式测头测量结果的误差组成元素及其产生的原因,建立了测头标定的数学模型,并通过最小二乘法进行解算,提出通过对测头半径进行补偿来减小测量误差的新方法,该补偿方法综合考虑了实际测量过程中测头预行程误差、测头各向异性、测头偏心误差等影响因素,并利用双线性插值法建立测头半径补偿值与测点法矢方向之间的映射关系,来计算拟合任意法矢方向的半径补偿值。最后通过实验验证,对比补偿前后的测量结果,结果表明补偿后的测量系统测量精度有明显提高。     

多轴数控机床在线检测软件包的开发

对多轴数控机床在线检测精度进行了分析，基于微机平台，开发了多种常见基本体及组合体的测量宏程序，并进行测量过程路径规划。同时对测头系统、机床坐标定位误差进行了补偿，有效地提高了在线检测精度。本软件系统在MAKINO立式加工中心进行了实验验证。     

测微仪测头临界脱离频率的研究

通过对电感测微仪测头运动模型的建立,对接触式动态测量时测头与工件的临界脱离频率进行了理论分析,并通过试验数据验证了理论推导的正确性。     

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。     

一种新型并联柔顺测头的静力学分析

测头是精密测量设备的关键部件,开发性能优良的新型测头是精密测量技术领域关注的重点。现有研究主要关注完善测量理论和优化传感器性能,对测头本体结构创新方面研究较少。基于并联机构位于奇异位形时,机构获得额外瞬时局部自由度这一基本属性,利用"刚体替换综合法"构造出一种新型并联柔顺约束测头。利用线几何和力雅可比矩阵零空间法简要阐明了机构具有三维测头所需的功能自由度。基于并联柔顺支撑机构的静力学及分支杆刚度模型,构造机构的整体刚度矩阵,建立测头的测力-位移模型,通过数值模拟和有限元软件验证理论分析的正确性。研究内容拓展了并联柔顺机构的应用范围,丰富了精密测头约束支撑机构的结构创新方法,为进一步构造基于该类型并联柔顺机构的新型测头奠定了重要的理论基础。     

基于最小二乘法的叶轮智能加工单元测量系统搭建

测头的使用和数据分析在智能制造的高精度、高效率检测中具有重要意义。利用马波斯TS25工件测头设计一套随动测量方案,通过工件测头标定建立测头基准坐标系,沿工件平面和包覆面进行基面和回转面的最小二乘法位置寻优,并建立与最小二乘法结合的误差评价模型,以实现测头基于机床本身运动的误差修正。评价结果与海克斯康三坐标测量仪TIGO-SF050605进行了对比试验,智能加工单元以叶轮为载体,通过对测量数据的评价和验证,误差在17%以内,表明测量系统模型的正确性。同时也对测量系统内的雷尼绍TS72测量实施进行了说明,通过智能制造测量测头的使用,在首件检测及加工中可大幅提高检测和加工效率,具有较好的推广价值。     

数控机床测头功能的开发和应用

在日趋个性化定制加工的今天,如何有效提高数控机床加工的效率和精度等问题显得非常紧迫。阐述了如何在机床上加装测头,通过从测头的原理出发,结合电路设计安装和PMC编写调试的方法,将机床与高精密测头结合。在机床上开发测头功能,并应用于工业加工场景中。测头功能的加装对于用户的意义重大,将极大提高机床的加工精度和效率。     

基于PVDF的三维纳米谐振触发测头及定位系统

微纳米三坐标测量机(Coordinate measuring machining,CMM)是目前微纳米三维测量领域的一个研究热点,针对微纳米CMM中三维纳米测头的研究瓶颈,提出一种与现有机械接触式测头和光学非接触式测头工作原理完全不同的、可达到纳米/亚纳米量级触发分辨力的新型谐振测头。利用聚偏氟乙烯(Poly vinylidene fluoride,PVDF)薄膜的压电特性和其谐振参数对微小作用力的高敏感性,PVDF薄膜与一体式光纤微测杆测球相结合构建成了基于PVDF薄膜的三维纳米谐振触发测头。该测头在z向以轻敲模式接触,在x、y向以摩擦模式接触。经过试验验证,由该测头与三维纳米定位平台、数据处理及反馈控制系统相结合构建成的三维谐振纳米触发定位系统在x、y、z三个方向的触发分辨力都达到了亚纳米量级,分别为0.12 nm、0.10 nm、0.12 nm;三维重复性误差分别为26 nm、36 nm、10 nm。试验结果证实了新型三维谐振测头及其系统的有效性。     

自动对齿技术在磨齿机上的应用

针对数控砂轮磨齿机上采用的自动对齿技术,研究了利用高灵敏度、高精度的传感器对刀方法,开发了对刀测头机构,文中介绍了自动对刀测头的调整机构和工作原理,以及测头的标定和对刀的基本过程。     

非正交模拟接触式测头的标定算法研究

模拟测头是实现扫描测量的核心部件,进行非正交模拟接触式测头标定方法及算法研究,对于开发标定及测量软件具有重要意义。本文在分析非正交模拟接触式测头测量原理的基础上,采用以幂函数为基函数的转换公式,将公共球面作为约束条件建立了测头的超定非线性标定模型,从而确定了标定矩阵的组成。基于非线性最小二乘迭代方法计算标定矩阵并进行了算例验证,结果表明该方法及算法具有足够精度,可以实现非正交模拟接触式测头的标定。     

基于相对速度瞬心不同型号测头升程与转角折算算法的研究

测头的选择受到凸轮设计要求的严格限制,严重制约检测仪器检测效率的提高。为解决不符合设计要求的滚柱测头难以检测相应凸轮片的问题,扩大凸轮轴检测仪的检测范围,提出基于相对速度瞬心的不同型号滚柱测头升程与转角之间转换关系的折算算法。介绍凸轮轴检测设备的测绘原理,分析不同型号滚柱测头升程及转角之间能够相互折算的条件及场合。通过检测实例,分别采用正向验证及由理论测头检测数据反求凸轮测量数据两种方法对不同型号滚柱测头的折算算法进行验证。对折算修正后离散的凸轮轮廓数据进行三次参数样条插值拟合,去"毛刺"等处理。对比分析非理论测头的折算数据与理论滚柱测头所测凸轮轮廓数据:经该算法修正优化后的非理论测头升程的最大误差是1.4μm,满足凸轮机构高精度运动分析的要求。     

接触式轴孔内径在线测量中测头系统误差分析

为提高轴孔内径在线测量精度,分析了接触式测量过程中,测头半径误差与测头预行程误差对测量结果的影响以及其补偿方法。针对测量过程中测头半径误差,通过计算被测点的法矢,可进行有效的测头半径误差补偿;提出了基于BP神经网络的预行程误差预测模型,根据标准球实际测得的预行程误差,在对所建立的神经网络训练的基础上,对触发式测头在不同法矢上的预行程误差进行预测,并将预测结果与标准球相应的实际测得的结果进行比较,比较结果验证了该预行程误差预测模型的有效性。     

英国雷尼绍ML10激光干涉仪机床检测的高精度仪器

英国雷尼绍公司是专门从事设计、制造高精度检测仪器与设备的世界性跨国公司。主要产品为三坐标测量机及数控机床用测头、激光干涉仪、球杆仪等，为机械制造工业提供了序前（激光干涉仪和球杆仪）、序中（数控机床用工件测头及对刀测头）和序后（三测机用测头及配置）检测的成系列质量保证手段。她的全部技术与产品都旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率，可保证和改善数控机床制造厂工作母机的加工精度与质量，扩大制成品的市场。     

原位检测系统中触发式测头的误差分析与补偿

在分析了原位检测系统中触发式测头误差来源的基础上,提出了自动调整测头偏心的方法,并用标定球对测头的实际作用半径进行了校准。同时,面向实际测量任务,提出了基于在线标定和双线性插值技术的逐点测头半径补偿方法,实验验证,所提出的半径补偿方法比商用软件提供的方法更准确,提高了测量结果的准确性。