三维螺纹测量机接触式测头的优化设计

为削弱接触式测头对高精度三维螺纹测量机精度的影响,设计了一种接触式测头结构尺寸优化方案,并提出了相应的标定方法。通过有限元仿真和正交试验优化测头结构参数,确定最优结构参数;利用坐标变换理论和最小二乘法原理建立测头标定模型并进行了标定试验;通过不同预压量下的螺纹塞规对比试验及螺纹环规、塞规对比试验对优化后的测头进行测试。结果表明：接触式测头测量螺纹塞规、环规参数标准偏差在1 μm左右,满足三维螺纹综合测量机接触式测头测量精度要求。该优化方案及标定方法为测头结构设计提供了重要的理论基础。     

关节臂式坐标测量机测量力误差分析及补偿

针对接触测量力对关节臂式坐标测量机(AACMM)测量精度的影响展开研究。对测量力引起的长度测量误差进行理论和实验分析,得到测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形是影响关节臂式坐标测量机测头精度的主要因素。建立了关节臂式坐标测量机测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形的数学模型,并对测量结果进行了测量力误差补偿。实验结果研究表明,测量力引起的误差对接触式关节臂式坐标测量机测量精度影响很大。通过本研究成果,可在很大程度上补偿测量力引起的误差:平均长度测量误差降低82%左右,最大误差降低约47μm,有效地提高了关节臂式坐标测量机的测量精度。     

三坐标测量机测头系统动态特性研究

为了实现三坐标测量机的最佳动态测量精度,介绍了接触式测头的工作原理,研究了测头动态特性与测量机动态测量精度之间的复杂关系,提出了测头动态有效作用直径的概念。利用实验分析了测量机运动DCC参数对测头动态有效作用直径的影响,结果表明:测量机测头逼近距离对作用直径的影响远远大于触测速度和移动速度对作用直径的影响,而移动速度对作用直径的影响最小。     

微纳测量机测头弹性结构的参数设计

根据微纳米三坐标测量机对测头各项指标的要求,提出了4种测头弹性结构的设计方案.通过力学分析建立测头弹性结构三维刚度模型,应用有限元分析软件ANSYS分别对4种弹性结构的刚度进行仿真计算;然后,分析讨论了4种弹性结构的性能特点.综合考虑测量刚度、灵敏性及结构紧凑稳定等多种因素,选择十字型结构作为微纳米测量机测头的弹性结构,并对其进行了结构参数的优化和测头刚度各向同性设计.搭建了高精度三维微位移测试平台,对测头的测量范围、线性、位移误差进行了实验验证.仿真分析和实验结果表明,测头的弹性结构满足测量范围40 μm×40 μm×20 μm、测量刚度小于0.5 mN/μm及刚度各向同性的要求,整体测量误差小于100 nm.     

三维扫描测头在齿轮测量中心的应用

为了解决三维测头在齿轮测量中心应用上的技术难点,通过构建三维扫描测头的多元非线性模型,规划出基准球的扫描路径,实现了对测头自身的垂直度、直线度、测针挠度以及与仪器坐标轴不重合等误差的校准。分析影响校准精度的因素,解决了三维扫描测头的标定问题,为后续工件的测量奠定了基础。由于三维扫描测头无法精确探测到给定的工件坐标点位置,测量时也无法严格按照预定的路径扫描,无法采取传统的电子展成法得到测量误差值。本文利用空间曲面理论实现了齿轮的测量及误差计算,通过对标准齿轮的检测,验证了方法的可行性,为复杂工件的一次装卡,全自动完成几何误差和形位误差的测量提供了条件,拓展了齿轮测量中心的检测能力。     

基于圆度测量的三维测头多向耦合性分析

测头测量有诸多的影响因素,其中测头的耦合性是影响测量系统精度的因素之一。为探讨三维测头测量过程中耦合性对测量精度的影响。本文基于齿轮测量中心平台,使用三维测头对圆度的进行测量,分析这一影响因素。首先,从内部结构说明测头耦合原因的来源,设计了圆度测量的采样策略,分析在不同采样情况下测量结果的差异;即从不同起测位置点对圆度进行测量,以及测量时顺时针和逆时针旋转测量对圆度误差的影响。实验结果发现圆度误差在不同采样情况下存在一定的差异和规律性,验证了耦合性对测量误差的影响。     

坐标测量机动态测量不确定度评定研究

目前人们对三坐标测量机动态测鼍小确定度仍采用静态测量理论来评定,与其实际使用情况不符,带来一定的评定误差.本文分析了触发模式下三坐标测量机测头的主要动态误差源,通过改变测量速度和逼近距离对测头(Renishaw MH20i)动态误差的影响进行了实验测试,采用Monte Carlo方法对三坐标测量机测头动态测量不确定度进行评定,与使州传统的测量小确定度A类和B类评定结果相比较,本方法不受直接测量量相关性的限制,受问题条件限制小,评定更符合实际情况.     

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。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

三坐标测量机高速测量下的动态综合误差分析

综合众多学者对三坐标测量机各组成部分误差的研究成果,对三坐标测量机的主要动态误差源进行了归纳,并从气浮导轨系统、机体结构、测头系统和测量系统四个方面分析了三坐标测量机高速测量时动态误差的产生原因及对测量结果的影响,为误差修正提供了参考依据。     

测量造型中的CMM扫描技术

简要介绍了测量造型中应用的三维测量技术,并以实物模型为例重点介绍了基于三坐标测量机(CMM)的接触式扫描技术,认为接触式扫描技术在高精度测量应用中具有优势。     

Development of an automatic cumulative-lead error measurement system for ballscrew nuts

Ballscrew is a precision mechanical component used to convert rotational motion to linear motion in the precision linear stage. The precision measuring system for the screw's cumulative-lead error is already well known. Up to now, however, there is no suitable measuring equipment for internal cumulative-lead error of the nut. For a matching pair, it is not reasonable to understand the quality of only one piece. This paper presents a developed automatic cumulative-lead error measuring system for ballscrew nuts. The nut is clamped by a rotational stage, in which the moving angle is detected by a rotary encoder. The probing ball is inserted into the nut and remains in contact with the thread groove of the nut. The probe arm is mounted on a linear slide so that when rotating the nut, the probing ball will be pushed by the groove wall and moved axially. A high-resolution diffraction scale is employed to detect the linear movement of the probe to nanometer resolution. Combining the angular and linear motions, the cumulative-lead error of the nut can be realized. In practice, however, the nut will cause typical spindle errors during rotating, including axial slip, radial run out, and tilt motions. These errors have to be compensated in order to guarantee the accuracy of measurement results. A multi-sensor error compensation system is thus developed. Experimental results show the applicability of this developed measuring system.     

大螺纹在线测试系统

一种大型螺纹自动检测的方法采用了新型螺纹测头,其中包括TESA电感传感器和测针,测针按螺纹牙型选择。测量方法基于螺纹综合测量原理,采用接触式测量方式。通过试验分析完成了螺纹作用中径数值的检测。通过频谱分析,对螺纹作用中径数值测试的动态误差进行了剔除并且得到了相关信息。检测方式的测量力远小于用常规的螺纹量规检测的测量力从而解决了接触应力引起薄壁管件测量误差的问题,试验表明这种新型螺纹测头能够提高测量精度,经过数据处理测头测量精度达到1 µm。     

Precision tracking control of a horizontal arm coordinate measuring machine in the presence of dynamic flexibilities

One of the major sources that affect measurement accuracy and limit the use of high motion speeds in coordinate measuring machines (CMM) is the position error. In fact, static and dynamic probe errors are more direct factors in measuring machine accuracy, but are not the subject of this research. However the accuracy of acquisition of component position errors using a CMM in motion is also of importance, hence the dynamics of a CMM need to be considered. Therefore, this research aims to model the dynamics of a horizontal arm CMM by considering drive flexibility at joints and evaluates the characteristics of the system for fine motion control purposes. Design of a precision tracking controller (PTC) to perform superior tracking for enhancing the measurement accuracy and the probing speed in providing less inspection time at high motion speeds is carried out. A dynamic model for the CMM is developed including drive flexibilities represented with lumped springs at the joints. Due to the non-collocated nature of the control scheme in the flexible CMM dynamics, a non-minimum phase system is observed in the proposed CMM model. Using the derived CMM model with joint flexibilities, tracking motion control simulations are conducted at different probing speeds for the cases where a PI controller and a feedback PTC are employed. A comparison of the PI controller with the feedback PTC is also performed. Results demonstrate that the effects of joint flexibilities on the contour error and probing speeds are significant and the PI controller is not capable of providing good accuracy during challenging tasks such as corner tracking. However, the simulation results indicated that by using the proposed feedback precision tracking controller, contour errors in corner tracking that are caused by joint flexibilities can be reduced effectively .     

在三坐标测量机上精确测量渐开线圆柱齿轮的齿形误差

针对传统齿形误差测量方法的测量误差来源多、测头与工件安装调整误差大等缺点,提出一种在三坐标测量机上利用扫描法实现渐开线圆柱齿轮齿形误差测量的新方法。该测量方法具有测量采集点精度高、齿形轮廓曲线拟合误差小、测量过程与误差处理过程人工干预少、测量精度高等特点。     

提高嵌入式时栅传感器精度的测头设计方法

为了提高嵌入式时栅传感器的测量精度,结合传感器自身的特点,从布置方式和数据处理方式两方面设计了特殊的测头结构。首先利用谐波分析确定传感器误差的主要频次,然后分别针对长短周期的误差采用多组测头对径和间隔特定空间角度的测头布置方式,测头之间采用数字量相加的数据处理方式,最后通过实验验证了这种测头结构和数据处理方式的有效性。结果表明,与单测头结构相比,这种方式将长周期误差降低了75%,短周期误差降低了83.6%,更有效地提高了嵌入式时栅传感器的测量精度。     

坐标测量机上盘状凸轮检测方法研究

本文研究直接在三坐标测量机上检测凸轮并评定误差的方法和理论。在凸轮工件型面上接采点测量数据,用不等距三次Ｂ样条函数和最小二乘法拟合测头中心轨迹,通过测头半径补偿和凸轮从动轮数据转换,得到凸轮升程曲线,运用最小条件法评价凸轮误差,同时还可以评价凸轮机的速度、加速误差。数字仿真计算和实验结果表明,本文方法具有测量过程简便,测量效率高、计算精度高,应用性广播等优点,适用于三坐标测量机为检测设备的自动加工     

机载雷达天线座的三坐标测量方法及误差分析

三坐标测量机是目前使用较广泛的一种高精度测量仪器,被广泛应用在各个生产领域.在实际的测量过程中,由于选择基准和测量方法的不同,测量所产生的误差也不同.基于三坐标测量概念,对机载雷达天线座零件的实际测量中影响测量精度的因素进行分析,并针对性地提出一些测量方法.