基于离散绕组的磁场式时栅位移传感器及误差特性

针对高精度位移传感器难以加工的难题,提出一种基于离散绕组的磁场式时栅位移传感器。通过设计离散激励绕组排布方式与感应绕组的形状控制感应位移信号的变化规律,通过组合测量方式实现精密位移测量。通过理论建模、仿真分析与实验验证揭示了激励信号误差和安装偏差对传感器测量精度的影响规律。实验结果表明：两路激励信号的幅值不等和安装偏差都会在对极内测量精度中直接引入直流分量误差和2次谐波误差,其中2次谐波误差是误差的主要成分。安装偏差越大,2次谐波误差越大,动尺沿Z轴偏摆姿态对测量精度的影响最大,沿Y轴翻转姿态引入的误差次之,沿X轴俯仰姿态引入的误差最小。误差修正后传感器在144 mm的测量范围内,测量误差峰峰值为4.5μm,分辨力为0.15μm。通过毫米级尺寸的激励和感应绕组实现微米级精度测量,可显著降低传感器的制造难度,具有重要的工程应用价值。     

可抑制端部效应的平面磁场式直线时栅位移传感器

针对前期研制平面磁场式直线时栅位移传感器存在的端部效应致使匀速运动坐标系均匀度降低的问题,提出了一种抑制平面线圈端部效应的方法,构建均匀性更高的交变磁场,并研制出了一种可抑制端部效应的新型平面直线时栅位移传感器。建立了平面线圈励磁数学模型,分析端部效应对均匀磁场的影响程度,提出了双层互补式激励线圈结构抑制端部效应方案;建立了新型平面直线时栅位移测量模型,采用空间正交的双列激励单元,实现了行波信号的合成并通过仿真验证了方案的有效性;建立了仿真模型,分析端部效应对传感器测量精度的影响,并优化传感器参数;基于PCB工艺制造了量程为228 mm的新型传感器样机并与传统传感器样机展开了对比实验,实验结果表明,新型平面直线时栅位移传感器能够有效地抑制传感器的端部效应,提高测量精度,传感器对极内原始测量精度从±20μm提高到±10μm。     

时栅位移传感器在构造场中的耦合特性研究

为了进一步溯源时栅位移传感器磁场耦合过程引起的误差,对时栅位移传感器在构造场中的耦合特性进行研究,并研制了一种基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器。建立传感器工程构造磁场的数学模型,分析传感器耦合间隙对线圈耦合平面磁场分布的影响,研究不同形状平面线圈的耦合特性;根据传感器的耦合特性,构建了一种新型直线时栅位移传感器测量模型,对该模型进行了电磁场有限元仿真和仿真误差分析,得出该结构最佳感应间隙为0.4 mm;对传感器的结构误差进行了溯源分析,进一步优化传感器的结构;搭建实验平台,利用双层PCB绕线工艺加工传感器定尺和动尺,对优化前后的传感器样机开展对比实验。实验结果表明,设计的基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器可以有效抑制传感器的四次误差,新研制的传感器样机的原始测量精度在原有的基础上提高了45.8%。     

齿距误差对时栅位移传感器的精度影响分析

传统时栅位移传感器采用线切割机床加工定、转子,线切割机床主要靠电火花的瞬时高温使局部金属腐蚀加工齿轮,导致加工效率低,齿距等分性差。然而,齿距等分性在一定程度上影响着传感器的测量精度。研究齿轮的齿距误差对传感器测量精度的影响,通过精密插齿工艺与线切割加工工艺下的齿距等分实验,可知前者的齿距等分性好于后者,比较两者的精度检定实验,可知精密插齿加工工艺的传感器精度优于线切割加工工艺的传感器精度±0.6″。     

变耦型时栅传感器及测头姿态对测量误差的影响

根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究了不同测头姿态下传感器的位移误差特性,并对其进行了谐波分析,得到了不同测头姿态对位移测量误差各次谐波的影响规律。根据传感器模型制作了传感器并开展了验证实验。仿真和实验结果均表明:不同测头姿态对位移测量误差的影响主要体现在对测量误差的1次、2次和4次谐波上,且俯仰姿态引入的附加误差最大,其余测头姿态下引入的位移测量附加误差均较小。若保证较佳的测头姿态,传感器在定尺和动测头间气隙厚度为0.3mm时的原始误差约为±18μm。实验分析结果与仿真结果基本一致。     

单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器

在双排结构纳米时栅位移传感器的研究基础上,提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号,解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题;采用差动感应极片来拾取信号,可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试,最终在200 mm的量程范围内取得了±150 nm的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器,这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高,并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程,因此在产品化的过程中更具有应用前景。     

基于分时方法的高精度反射绝对式 纳米时栅位移传感器设计

本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A与传感器B相位作差实现绝对位移测量。采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器A和传感器B施加激励信号,并把不工作的电极接地。实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在400 mm范围内,补偿后实现了±300 nm的测量精度。     

基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器

提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础,将单对极与多对极相结合,整周多对极作为精确测量部分实现高精度,整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电极结构,粗测部分和精测部分共用一组反射电极和接收电极,因此结构更加紧凑,便于小型化,同时动子无需引线,应用环境更广。通过分时间段对粗测部分和精测部分施加激励信号,并把不工作的电极接地,可以有效消除粗测部分和精测部分之间的串扰,保证测量精度。采用PCB技术制造了外径Φ=60 mm,内径Φ=26 mm的传感器样机。通过理论分析和结构优化,最终实验结果表明传感器的测量精度达到了±12″。     

基于组合测量方式的新型磁场式时栅位移传感器

针对数字化精密机械加工装备和测量仪器中的关键功能部件———位移传感器测量精度过分依赖高精度加工的难题,提 出基于组合测量方式的新型位移传感新方法。 利用在平面上均匀分布的激励绕组产生交变磁场,构建运动参考系,建立位移和 时间基准之间的映射关系。 通过控制感应绕组的形状实现磁场精确约束,从原理上抑制谐波误差。 采用差分排布的感应绕组 式及组合测量方式增强抗干扰性,提高位移测量精度。 通过电磁仿真验证,进行测量误差分析,优化结构参数。 研制了传感器 样机并进行实验验证,结果表明在 144 mm 测量范围内,测量误差为±2. 25 μm,分辨力为 0. 15 μm。 不同于传统高精度位移传 感器严重依赖高精度光刻制造加工,此方法通过对磁场的精确约束和传感原理创新实现精密位移测量,具有结构简单,成本低 等优势具有重要学术和工程应用价值。     

微铣刀在位放电制备及微铣削实验

在微细铣削加工中,微铣刀的径向跳动会降低工件的加工精度与表面质量,还会减少刀具使用寿命。为了减少刀具径跳,基于在位制备的思想,介绍了线电极电火花磨削(WEDG)加工微铣刀的原理,搭建了实验平台,设计了在位制备微铣刀的工艺过程和加工参数,提出了放电感知在位检测刀具尺寸的方法,利用WEDG技术制造出刀头直径为76.59μm的微铣刀,并加工出了平均槽宽78.40μm,平均表面粗糙度值Ra 77.50 nm的微结构。     

心磁信号的测量误差分析

虽然心磁信号是采用超导量子干涉仪（SQUID）在屏蔽室内检测得到的,但在它的测量过程中总不可避免存在误差.为了提高心磁信号测量准确度以及分析心磁信号可信度,有必要进行误差分析.本文根据心磁信号的测量过程,分析了测量过程中可能产生的误差,针对心磁数据的特点设计了误差分析对象,应用误差理论进行分析计算,得出了通过SQUID测得的心磁信号包含明显的随机误差,无根据怀疑存在系统误差和粗大误差的结论.     

螺旋锥齿轮磨齿机砂轮位置误差与齿轮齿面误差的关系

研究砂轮主轴偏心误差及垂直度误差对齿面误差的影响规律,目的是研究它们之间的定量关系.基于展成法加工大轮,由啮合原理建立无误差砂轮与有误差砂轮情况下的大轮齿面方程,通过理论齿面与误差齿面的差曲面得到实际齿面的法向误差.提出主轴偏心误差及垂直度误差的误差敏感方向概念和确定误差敏感方向的计算方法,得到误差敏感方向上砂轮位置度误差量与齿面误差的关联规律,以及发生砂轮位置度误差时齿面误差的分布规律.研究内容与方法有助于螺旋锥齿轮齿面误差溯源与齿面加工反调.     

Method of compensation for systematic errors in goniometric systems

A method based on invariants of in-plane motion of an object is developed for compensation of systematic errors of measurements in goniometric systems. Exact equations are derived for systematic errors of measurement of the object latitude with ignored fluctuating errors of measurement. Analytical expressions are also derived to calculate the standard deviation of the error in estimating systematic errors being taken into account, which allow us to impose grounded requirements to tactical and technical characteristics of goniometric systems designed for observation of various objects.     

应用统计控制方法提高商品油交接的计量准确度

本文介绍了一种用数学上的统计控制原理来提高商品油交接的计量精度的方法,并且介绍了相应的统计控制软件。     

Development and application of a system for evaluating the feed-drive errors on computer numerically controlled machine tools

This paper describes the development and application of a system for assessing the contouring characteristics of feed drives on computer numerically controlled (CNC) machine tools. The hardware comprises two linear digital displacement sensors mounted orthogonally on the work table of a CNC machine tool and operating against a precision cube, located in the spindle. Simultaneous movements of two machine axes are measured by the sensors, in conjunction with a microcomputer. Therefore, this system is capable of detecting the difference between a programmed and actual path. By using both circular and square corner programmed test paths, the system can evaluate servo-induced errors in machine tools. Application of the system to the X- and Y-axes of a machining center is undertaken, and results are shown for a range of contouring frequencies and gain settings of the axes. Comparative tests are also undertaken using a conventional double ball link bar, which is shown to be an inferior technique for characterizing the servoerrors.     

Kinematic errors identification of three-axis machine tools based on machined work pieces

Evaluating machine tool performance under machining conditions is generally used as the final test in machine tool industry. The seventh part of ISO-10791 describes a machining test using the accuracy of a finished work piece to determine the accuracy of three-axis machine tools. However the kinematic errors cannot be distinguished from each other by means of these test pieces. In this paper a new method to identify the kinematic errors of three-axis machine tool is proposed. A set of test pieces are designed where the kinematic errors of a machine tool can be measured separately along X, Y and Z directions. A volumetric error model is also presented based on the measured errors. This method is initially evaluated in virtual environment and then with some test pieces designed for this purpose. The results are compared with the laser interferometry measurements. It is shown that the measured positioning and straightness errors are consistent with the laser interferometry results. Angular errors measured by the test pieces are also complied with the laser interferometry results as long as the angular error magnitudes are large enough.     

球杆仪安装误差对测量误差的影响规律及其分离方法

通过齐次坐标变换理论建立了五轴数控机床摆动轴几何误差的辨识模型,深入分析了在误差测量过程中球杆仪磁性球座的安装误差对测量误差的影响规律,提出了一种球杆仪磁性球座安装误差的分离方法,并在五轴数控机床上进行了实验验证。结果表明,该方法可以有效分离出球杆仪磁性球座的安装误差,提高摆动轴几何误差的测量和辨识精度。     

浅谈安全生产管理中的人失误

从影响安全生产管理中人失误的因素出发，分析人失误的性质、过程及原因，并提出防止人失误的措施和方法，采用机器代替人、冗余系统、耐失误设计以及一些安全管理方法，从而最大限度地避免事故的发生。     

啮合误差对复合行星轮系动态均载特性的影响

以Ravigneaux式复合行星轮系为研究对象,基于集中参数理论,建立采用中心浮动构件的非线性动力学模型;通过计算传动系统的均载系数,获得各齿轮啮合误差与均载系数的关系曲线,进而分析安装误差和偏心误差对系统均载特性的影响。分析结果表明:行星轮的安装误差会导致行星轮出现持续的"偏载",而行星轮的偏心误差则会导致相应啮合副在运动过程中出现较大的冲击;如果合理布置行星轮的误差,使得其相对于系统的旋转中心呈辐射状对称,将能大大降低行星轮的误差对系统均载性能的影响。     

采用间接测量法对平面3-RPR机构进行运动学标定的仿真

采用间接测量对平面机构进行标定时，需要引进标准测量参照物，但参照物本身仍可能存在一定的尺寸误差；另外间接测量时要不断变换标准测量参照物的位置，又会引进位置误差。为便于解决实际问题，使研究更具可操作性，将上述误差和待标定的机构结构误差一起考虑对机构进行了标定仿真，同时在仿真过程中采用矩阵重构的方法来解决测量误差扰动的问题，避免了大规模的空间寻优。仿真结果表明，可以通过让动平台走过不同的轨迹组合来实现对平面机构的标定。