混联复合机床转台定位精度的激光测量与补偿

传统的数控机床进给轴定位精度的检测方法,存在精度低、方法落后、检验重复性差等缺点。因此,采用目前国际先进的激光干涉法检测混联复合机床转台的定位精度,以评价和提高其精度。对干涉仪的测量原理、测量方法和数据处理进行了分析,认为空气折射率是干涉仪应用中的主要误差来源,并分析了其原因和补偿方法。最后,给出了基于激光干涉仪的机床定位精度检测和补偿方案。     

机床定位误差测量及补偿

分析造成机床定位误差的原因,并利用激光干涉仪获取误差量,通过数控系统的补偿功能,大大提高了运动轴的定位精度,显著提高机床的加工精度。     

基于角锥棱镜的激光干涉位移测量误差分析

基于光线矢量方法和角锥棱镜光学特性,推导角锥棱镜姿态角、直线运动自由度、余弦误差以及阿贝误差对激光干涉位移测量影响的数学表达式,并使用RENISHAW XL80激光干涉仪搭建测量光路,开展相关测量实验;结果表明：姿态角对干涉位移测量的影响通常不超过0.1 μm;当角锥存在直线自由度误差时,返回测量光束的光斑中心会产生与水平或垂直直线度方向一致的平移,但不会引入几何位移测量误差;推导给出角锥棱镜测量光束的回光偏移量与余弦误差之间的关系,阿贝误差与阿贝臂值和角锥棱镜偏摆角之间的关系;干涉位移测量实验表明,通过修正阿贝误差,可以有效提高位移测量精度;研究结果建立了基于角锥棱镜进行干涉位移测量的误差分析方法,为干涉位移测量的误差补偿提供依据。     

回转轴运动精度的干涉测量与误差补偿分析

采用激光干涉仪检测混联数控机床回转轴的运动精度,达到对其综合评价的目的,为机床的运动精度误差补偿做准备.对雷尼绍激光干涉仪的结构和角度测量原理进行了详细探讨,分析了干涉仪在回转轴运动精度测量中的主要影响因素和误差诱因;作出了角度测量中正弦近似误差特性曲线,并提出了该测量误差的数学模型;讨论了激光波长补偿的机理,提出了一种通用、简便易行的回转轴角位移精度检测方法.     

工业设备中高精密齿轮加工误差补偿技术研究

在以修正量为基础进行高精密齿轮加工误差补偿时,主要依托于无偏估计法进行计算,使得补偿处理后齿形法向偏差依旧较大。为此,提出工业设备中高精密齿轮加工误差补偿技术。首先深入分析工业设备中高精密齿轮加工模式,建立齿轮加工模型。然后采用离散化分析方法对比理论齿面与实际齿面,测量齿面加工存在的误差。最后建立关联函数,描述机床调整参数和齿形偏差之间联系,生成齿形误差敏感系数矩阵,与比例修正参数相结合计算修正量,再通过数控程序实现加工误差补偿。实验结果表明：补偿前左、右齿形最大法向偏差分别为23.7μm和4.8μm,补偿后齿形的最大法向偏差均小于0.1μm,表明所提技术可提升齿轮加工精度。     

电熔爆机床单片机控制系统研制

本文给出了结合现行数控系统通用规范而自行开发设计的数控系统控制程序、通讯接口及硬件电路。该系统具有工作电流闭环控制、工作电压闭环调节、计算机辅助编程等功能,不仅满足电熔爆机床自动加工时的控制要求,而且可用于普通的二坐标联动机床作为控制系统,对进给速度和位移实现开环控制。     

基于激光干涉的大角度高精度在线测角方法研究

由于红外探测器尺寸限制,大多数红外遥感相机仍采用扫描系统来扩大探测视场。随着探测精度要求的提高,对扫描系统的测角精度要求也越来越高,因此,高精度扫描系统测角精度决定了遥感器的性能。基于某红外遥感相机扫描系统测角技术要求,对扫描系统测角精度的在线检测方法进行研究。扫描系统最大扫描角度为±5.8°,测角精度1"的。根据对国内外高精度测角设备的调研,确定一种具备大角度、高精度在线测角能力的激光干涉仪——SIOS SP-TR2000激光干涉仪对扫描系统转动角度进行检测。SP-TR2000激光干涉仪主要是用于高精度测距,开发用于高精度测角使用,因此采用雷尼绍激光干涉仪+RT300 (KUNZ)转台作为检测系统对SP-TR2000激光干涉仪测角精度进行检定,检定后SP-TR2000激光干涉仪系统测角精度为0.245″,满足扫描系统1″测角精度需求。对基于SP-TR2000激光干涉仪的在线静态及动态测角方案进行阐述,并根据误差分析可知在线测试系统测角误差为0.247″,表明基于SIOS SP-TR2000激光干涉仪的大角度高精度在线测角方法可行。     

基于干涉条纹的激光准直仪的研究

在所研究的直线度激光测量系统中,以激光干涉光作为准直测量的基准,CCD作为光电转换元件,进行导轨直线度误差的测量与计算。通过系统的重复性实验以及与光电自准直仪的比对实验表明:测量系统的测量距离可达10m以上,可检测x轴方向上30 mm以内的位移变化量,分辩力可达0.001 mm。其性能指标基本达到了预定目标。     

全自动轴类直线度测量及调整装置设计

轴类工件的直线度调整方法需要调直和检测功能相互配合完成,一般需要两套设备或装置。通过设计一种基于DSP主控芯片技术的智能化测量调直装置,实现一台设备同步完成调直和检测。该设备设有检测工位和调直工位,工位可自动切换,设备可根据对轴类件直线度指标的检测结果,自行判断合格情况并对不满足设计要求的工件进行调直处理,直至其直线度合格。以DSP芯片为核心的嵌入式开发包,实现对激光传感器、压力传感器及电气执行单元的集成控制。软件采用CCS3.3开发环境,通过开发调直下压量自反馈机制和圆周跳动测量数据拟合程序,解决设备实现自动闭环控制的关键技术难题。调直检测实验结果表明,该设备可实现对轴类工件的全闭环智能自动检测及调直,直线度指标圆周跳动量小于0.05mm,可大幅减提高轴类工件的直线度水平。     

基于激光干涉仪对天文底片扫描仪气浮式运动平台的性能测试

为推进国际天文底片数字化工作,上海天文台正在开展高精度天文底片专用扫描仪的研制;两轴线性运动平台是高精度天文底片扫描仪的核心部件,需要对其各项参数进行标准化测试,以获取其对天文底片数字化精度的直接影响;基于激光干涉测量原理,使用RENISHAW XL80激光干涉仪搭建测量光路,对正在研制的天文底片扫描仪所用气浮式运动平台关键性能进行了测试;结果表明,在350 mm×350 mm工作范围内,气浮式运动平台载物台的定位重复精度优于0.025 μm,直线度和平面度优于0.3 μm,俯仰角和偏摆角误差小于0.3";该平台满足高精度天文底片扫描仪设备的研制需求,测试结果不仅可为扫描仪设备的整体性能评估提供参考,也可为后续的位置系统差补偿提供依据.     

炮管直线度测量仪的研制

为了实现炮管直线度的高精度测量,提出基于激光准直技术和光电探测技术的测量方法,解决了光学系统设计及传感器的精密定位问题,给出了软硬件解决方案,实现了水平和竖直方向直线度的同时测量,同时显示,经直线度误差评定,得出炮管直线度的误差值;经实测,该设备的分辨率可达0．005mm,测量误差为σ＜±0．012mm,两组测量数据的重复性误差小于0．005mm,说明该测量方法是可行的。     

数控机床的螺距误差检测及补偿

本文介绍了数控机床的螺距误差补偿原理和基于激光干涉仪的螺距误差测量系统,并且讨论了在螺距误差测量中所出现的问题和解决方案,最后介绍了螺距误差补偿的适用范围。     

基于USB接口的数据采集模块的设计与实现

文中给出基于USB接口的数据采集模块的设计与实现。硬件设计采用以Adμc831与PDIUSBD12为主的器件进行硬件设计，采用Windriver开发USB驱动，并用Visual C 6．0对主机软件中硬件接口操作部分进行动态链接库封装。     

基于PLC技术的机电一体化数控机床运行控制研究

针对传统机电数控机床运行控制效果不佳，导致加工精度较低的问题，提出基于误差补偿技术和ARM平台，构建一个基于PLC技术的综合误差实时补偿系统。首先，分别对数控机床温度和机床参数进行采集和存储；然后通过训练的BP神经网络进行误差计算，以建立机床-几何-热切削力的综合误差模型；最后利用误差补偿方法计算当前时刻误差补偿值，并发送至机床PLC实现误差实时补偿。实验表明，通过本系统可直观监测机床加工状态，实现误差补偿参数设置。QLM27100型机床测试中，曲面1的最大误差和平均误差分别为84.6μm和39.74μm;曲面2的最大误差和平均误差分别为52.81μm和13.17μm,对比于曲面1,曲面2的误差更小，测量精度更高。由此可知，本系统在机床加工中可减小误差，提升加工精度，实现机电一体化和智能化控制。     

三轴地磁传感器误差建模及在线补偿方法

针对三轴地磁传感器的传统误差补偿方法操作繁琐、依赖外界仪器,无法应用于车辆地磁导航系统的缺点,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的三轴地磁传感器误差在线补偿方法。分析地磁传感器误差产生机理,得到了适用于车辆导航系统的地磁传感器误差模型。设计无迹卡尔曼滤波器估计模型中未知参数,从而实现误差的在线补偿。实验结果表明:所提方法有效可行,补偿后的精度在0. 5°以内,补偿效果较好。     

六轴工业机器人在线误差补偿方法的研究

提出一种机器人动态误差在线补偿方法,用以提高机器人的轨迹精度。在机器人参数误差得到离线补偿之后,基于ANFIS构建自适应模糊神经网络轨迹控制器,建立在线补偿系统控制模型,通过ADAMS与Matlab的协同仿真对系统仿真分析;仿真结果验证了所提出方法的可行性。在自主研发制造的六轴工业机器人的平台上,借助于API激光跟踪仪对机器人末端跟踪测量,进行实验分析;实验结果验证了该方法的有效性。     

基于九轴MEMS定位系统误差分析与补偿算法研究

基于九轴MEMS定位系统,对由陀螺仪零偏造成的位移平面偏转误差进行分析与补偿。通过实验与推导,首次给出偏差的定量分析和误差传播的数学模型。为估计偏差,设计了一种新的状态向量中仅包含陀螺仪零偏的、简化扩展卡尔曼滤波（ SEKF）技术,克服了无加速度计辅助条件下的偏差估计问题,降低了计算量,能够很好地满足位移实时估计需求。硬件实验证明：经过偏差补偿的九轴MEMS定位系统,能够准确估计有限范围内周期性运动的位移,幅值定位精确度达到90%。该系统可用于无人机、机器人定位等领域。     

基于RS-232C的STD总线数控系统通讯接口的研究

本文介绍了SFD总线数控系统与IBM-PC的通讯接口设计。采用RS-232C串行数据通讯标准,利用STD总线数控系统通讯模板提供的硬件支持和PC机的RS282C串行口,分别开发了PC机通讯软件和STD总线数控系统通讯软件。该通讯接口为STD总线数控系统提供了非常实用的通讯功能,扩大了其推广应用范围。     

基于递推最小二乘的三轴磁强计在线自校正方法

针对现有三轴磁强计误差校正方法存在计算量大、依赖外界参考信息、不能在线校正等问题,提出一种基于递推最小二乘的误差在线自校正方法。根据Poisson方程对磁场测量模型的描述,导出磁场矢量误差校正模型;基于椭球假设理论,建立校正模型与椭球曲面方程系数之间的关系;推导了基于递推最小二乘的椭球方程系数在线辨识的实现过程,进而求得误差校正参数。实验结果表明:提出的方法能有效校正软磁和硬磁效应引起的数据畸变;采样点磁场强度最大波动幅度由67. 112 8μT降低至14. 064 8μT,误差标准差由15. 828 7μT降低至6. 345 1μT,适用于无外部参考基准下三轴磁强计的误差自动校正。     

基于SOC芯片的指纹数据采集系统设计

介绍一种基于SOC芯片μPSD3234A和指纹数据采集芯片FPS200设计的指纹数据采集系统;首先分析了指纹数据采集系统的各个功能模块.然后给出了系统的总体设计、各硬件接口电路和软件编程的设计,其中μPSD3234A与上位机的通信采用USB方式,总线接口采用MCU接口模式,用以实现实时的数据采集;该设计可靠性比较高,易于二次开发与扩展,避免了设计冗余,提高了系统性价比;实验结果表明,采集得到的指纹图像比较清晰,失真较小.