基于蒙特卡洛方法平尺测量直线度不确定度评估方法的研究

采用蒙特卡洛方法(MCM)对平尺最小二乘直线度和最小条件直线度进行测量不确定度评估。通过与测量不确定度评定指南法(GUM)的评估结果进行比较发现,MCM评估出的最小二乘直线度和最小条件直线度的测量不确定度分别比GUM评估结果小0.028μm和0.026μm。在给定的0.05μm允差范围内,两种评估方法对直线度测量不确定度的评估均有效。统计检验采用了kolmogorov-smirnov检验法、jarque-bera检验法、normal probability plot图示法、偏度和峰度检验法。通过对两种不同定义直线度的测量模型进行统计检验分析发现,被测量分布函数与正态分布的峰度偏离是造成差异的主要原因。     

光照度计检定装置形位误差的分析、检测与调校

目的:调校光照度计检定装置的测量轴线空间直线度误差、标准灯丝平面和光度头测试面相对测量轴线的垂直度误差,提高光照度计检定/校准结果的准确度。方法:分析形位误差的产生原因及其对光照度计检定/校准结果的影响,采用自准直仪节距法调校测量轴线的空间直线度、采用垂直度基准线法调校标准灯丝平面和光度头测试面相对测量轴线的垂直度。结果:调校新研制、安装的光照度计检定装置测量轴线空间直线度误差为6m范围内0.16mm,大大优于JJG 245-2005光照度计检定规程的应不超过±1mm的要求。结论:检测和调校保证了光照度计检定装置准确可靠,在2010年全国一级照度计示值校准能力验证中,我院取得了En=0.00～0.23的满意结果。     

长导轨直线度分段测量拼接方法研究

激光干涉仪测量超长导轨直线度时,因导轨长度超出干涉仪直线度测量范围,需分段测量后拼接,测量数据易受噪声和激光漂移等因素影响,导致拼接可能引入较大误差。通过分析拼接过程中的影响因素,结合长导轨结构特性,提出了一种将拼接公共点分布在相邻两节子导轨上,利用相邻两节子导轨夹角的稳定特性来实现长导轨直线度拼接的方法。通过仿真与实验,对比了30 m范围内的直接测量法与坐标变换拼接法的测量结果,2种方法的直线度结果相差<10μm,表明所提出的方法能有效减小拼接误差。将此方法应用于72 m导轨的直线度测量,并与电子水平仪测量方法比较,2种方法结果相差10μm,表明所提出的方法可实现高精度的直线度拼接。     

轴孔键槽对称度通用量具

利用游标卡尺的原有结构,可设计出用于测量轴、孔键槽对称度的通用量具。在游标卡尺原有两量爪之间,装上带有游标的对称度量爪1(见图)。若将外圆量爪加长至140mm,可测量φ100～270mm的外圆工件。对称度量爪刃口对主尺的垂直度为0.005mm,刃口直线度为0.008mm。对称度量爪游框在主尺上应能灵活移动,移动间隙在各个移动面均不得大于0.005mm。主尺导向面的垂直度为0.008mm。测量方法如下: 将量具量爪卡住工件的外圆或内孔,然后锁住主尺,读出轴或孔的实际尺寸D实,使量爪顶部与键槽底部留有间隙1.00～1.50mm,     

DT2-1型大尺寸同轴度测量仪通过鉴定

由北京工业学院研制的“DT2-1型大尺寸同轴度测量仪”于1986年4月在北京通过部级技术鉴定。该仪器主要用来测量孔径为100～500mm、孔距在1500mm 以内的箱孔同轴度,其极限测量误差不超过2.5μm;也可用于端面对两孔的公共轴线的垂直度误差和箱孔圆度误差的测量。     

球棒球心距测量装置及装校方法

激光干涉仪直接测量球棒球心距是目前国际上球棒标准器量值溯源的一种新颖且有效的方法,根据该原理构建球棒球心距测量装置。通过激光干涉仪校准、导轨滑动平台直线度调节以及球座和角锥反射镜座装校等方法,来降低几项主要误差来源,并进行实验及不确定度分析。当测量球心距为300 mm的标准球棒时,装置的扩展不确定度可达0.5μm。通过与德国DAkks校准证书中采用的三坐标测量机法进行比对,En值为0.41,验证不确定度评定的合理性。实验结果表明:该装置的构建为我国高精度球棒的量值溯源提供新的校准方案,具有良好实用性。     

数控龙门铣主轴垂直度测量

数控龙门铣床等机械加工设备的垂直运动轨迹相对水平面或工作台的垂直度测量方法存在不正确不规范的问题。为规范测量方法,提高机床垂直度测量的准确度,我们对数控龙门铣床的主轴垂直度测量进行了深人的研究,开发、设计了可调式圆柱直角尺,可测量多种机床的垂直度。     

用激光向量测量技术测量和补偿体积定位误差

一、导论本文阐述用激光向量测量方法来测量ＣＮＣ机床或其他精密仪器的体积定位误差问题。传统的激光干涉仪只能测量位移误差 ,而激光向量测量法则能测量出“向量误差” ,即各轴的位移误差和其两个横向直线度误差。此法的关键是测量方向不平行于位移的方向。对四条对角线进行向量测量之后 ,三个轴各自的位移误差、各自的两横向的直线度误差以及三轴之间的相互垂直度误差等十二个参数都可测得。位移误差、直线度误差、垂直度误差、角偏误差和刚性误差决定了ＣＮＣ机床等精密设备、仪器的精度。描述一个机器的运动特性是一件复杂的事情。在每…     

金相法测量镀镍层厚度的不确定度评定

采用金相法测量了某镀镍铜线的镀镍层厚度,从试验重复性、金相试样镶嵌的垂直度以及光学显微镜标尺的校准等方面对影响镀层厚度测量结果的不确定度进行了分析和阐述,并对各不确定度分量进行了计算和合成,最终给出了镀镍层厚度测量的不确定度报告。结果表明:该镀镍铜线的镀镍层厚度为16.57μm,扩展不确定度U=1.68μm,包含因子k=2。     

基于PSD的分离式长导轨直线度测量方法研究

利用分段拼接测量方法能够将PSD激光准直测量系统测量范围扩大,相较于传统长导轨直线度测量方法,该方法可同时适用于连续型导轨和分离式超长导轨的直线度测量。首先,在(-5～+5) mm测量范围内,通过激光干涉仪分别测得激光准直测量系统的接收靶在水平和竖直方向上的位移,误差均优于±(1μm+1%H)。然后,在40 m范围内与激光准直测量系统的直线度测量精度进行对比,二者水平方向直线度误差相差0.06 mm,竖直方向直线度误差相差0.13 mm。最后,在70 m分离式超长导轨上,测得水平方向直线度为0.50 mm,竖直方向直线度为0.53 mm。该方法可迅速定位和调整直线度误差极值点位置,能够较为有效地解决分离式超长导轨的直线度装配调试问题。     

机床几何精度的在线激光测量与快速校准技术

为了改善机床的几何精度,达到高精度的三维空间定位,必须对它的垂直度误差与直线度误差进行测量与校正.传统的激光测量方法花费时间长,成本高.由ISO及ASME提出并由波音公司等应用的体对角线测量方法虽然速度快、成本低,但不能有效分离误差源.现介绍一种由美国光动公司发明的基于体对角线分步(或矢量)激光测量方法,该方法速度快、准确度高、成本低,可以分离误差源并对其提供补偿与校正.     

利用钢丝－电容测微仪法测量机床竖直运动直线度和滚动误差

介绍了一种测量机床竖直运动直线度和滚动误差的新方法。以悬挂在被测机床刀架附近的竖直钢丝作为测量基准，用固定在刀架位置的电容测头瞄准钢丝，当机床主轴竖直运动时，机床主轴上的刀架系统相对于竖直方向的运动直线误差可由电容测微仪测得，钢丝本身的直线度可用转位法消除。再增加一个测微仪，还可测出导轨本身的直线度误差。将刀架沿水平方向运动到两个不同位置，分别测出两位置处的竖直运动直线度误差，由这两组数据可以计算出机床竖直运动时的滚动误差。     

Coordinate-Based Evaluation of Two Dimensional Artefact Calibration Value as the Reference Standards for Coordinate Measuring Machines

Two dimensional standards are important materials which are used in the calibration and the verification of coordinate measuring machines. In several countries, the national metrology institutes or accredit laboratories provide the calibration services of the two dimensional standards such as ball plates, hole plates and grid plates. The metrological equivalence of the measurement standards among the calibration providers is validated through the key comparison program. In the previous key comparison for a ball plate and a hole plate, the equivalences among the participants’ calibration results were verified on the distances between the No. 1 ball/hole (i.e., the origins of the workpiece coordinates) and other balls/holes on the plates respectively. The essential measurands of the two dimensional standards are the coordinates of the feature points, however, the measurement equivalences on them have not been verified. In this study, the authors propose the coordinates-based evaluation of the reference values and their uncertainty in two dimensional standard calibration comparison.     

高精度平面度测量方法的研究

本以中等尺寸０００级平板为研究对象,采用双频激光测量系统的直线度测量部件进行平面度测量,分析计算了这一测量方法的测量不确定度,并进行了实际测试。     

Virtual simulation of five-axis machine tool with consideration of CNC interpolation,servo dynamics,friction, and geometric errors

Abstract

A virtual machine tool (VMT) simulation system which considers tool center point (TCP) interpolation, geometric errors, servo dynamics, and friction effects for a five-axis machine tool is developed in this paper. A novel five-axis interpolation method is proposed to ensure that maximum velocity constraints for each axis can be satisfied. The geometric error model, including lead screw, straightness, angular and squareness errors is built to analyze the volumetric errors within the working space. The model which includes rigid body motion, friction model and servo control loops is utilized to evaluate servo dynamics and non-linear effects. The errors caused by the locations, servo dynamics, and friction effects are integrated into the VMT simulation program. Simulation results of TCP trajectory are represented by small line segments to generate NC codes. Then the NC codes are fed into VERICUT software to perform virtual cutting. To evaluate the interpolation design, cutting experiments are carried out on the five-axis engraving machine with a PC-based controller. The performances using the proposed interpolation method are comparable with the commercial CNC controller from Heidenhain. The effects of different error sources on the surface are demonstrated by cutting the sculpture of a human face. Path overcut caused by servo dynamics is found at sharp corners, and volumetric errors cause obvious tool marks and poor surface roughness. The proposed methodology can serve as a useful tool in evaluating the behaviors of error sources during the design stage.     

Test Specific Uncertainty Analysis of Zirconia-Dolerite Ball Plate by Monte Carlo Simulation

An improvised Zirconia-Dolerite ball plate artefact is manufactured, which computes different geometric errors of CMM in three different plane positions (XY, YZ and ZX). Uncertainty measurement of this artefact will affect calibration of CMM. CMM undergoing periodic interim checks by ball plate measurement needs to compute uncertainty analysis over a calibration period. This requires repetitive measurements of artefact, involving great measurement cost. An attempt has been made in this research work to devise Monte Carlo framework (MCF) for analyzing the uncertainty of ball plate measurement. The presented MCF requires less repetitive measurement at actual. This work also made possible to find preferable zones of measuring areas of CMM including volumetric measurement, explaining novelty of the research work. In the present test specific CMM, demonstrated MCF recommends seldom use of lower left corner of CMM.     

基于步距规的三坐标测量机的几何误差分析

利用高精密步距规对坐标测量机运动误差的分析进行了研究,建立了误差分离的数学模型,通过将步距规按一定规则在空间内摆放并进行测量,可以得出坐标测量机的定位误差、角摆误差、直线度误差和垂直度误差.该方法也可以应用在数控机床、加工中心等领域的误差分析.     

基于多源融合理论的机床圆度误差测量不确定度评定

圆度误差是评价机床加工精度的重要指标.为实现机床圆度误差测量不确定度的评定,对基于球杆仪测量的机床圆度误差的贡献因素及不确定度评定方法进行研究.首先,采用最小二乘法(least sqaure method,LSM)对圆度误差进行评定.然后,基于黑箱理论提出了多源融合误差测量不确定度评定方法.接着,根据球杆仪测量机床圆度...     

缝合复合材料可用性——一般层合板的基本性能

通过试验研究了缝合T300帘子布/QY9512常用层合板的拉伸和压缩性能,考察了缝合方向、铺层顺序和环境因素对层合板拉、压性能的影响,得到了3种常用层合板及其孔板的拉伸、压缩强度与模量。研究结构表明:缝合与缝合方向对常用层合板的拉伸强度与模量的影响不大;不同铺层顺序层合板的拉伸强度和模量受缝合与缝合方向的影响程度不同。缝合方向与铺层形式对孔板的缝合效果均有影响,层合板的最佳缝合方向随铺层形式不同而发生变化。缝合对层合板湿热状态下压缩性能的影响与铺层顺序有很大关系。缝合使含孔层合板的干态常温压缩强度明显提高,使湿热时的强度明显降低。