三维扫描测头的标定方法

为降低三维扫描测头中标定方法对测量系统定位精度的要求,提出了一种三维扫描测头标定方法,设计了一种最小二乘迭代算法及迭代数据筛选算法,实现了三维扫描测头高精度高效率的标定.为验证该三维扫描测头标定方法的稳定性与精度,设计若干组标定仿真实验,测试各类误差对于三维扫描测头标定结果的影响.结果表明:该三维扫描测头标定方法对于三维扫描测头标定过程中定位精度没有要求,对于测量机误差及扫描测头探测误差不敏感,三维扫描测头坐标系单位向量精度达0.000 01,完全满足三维扫描测头标定要求.     

一种平行片簧结构扫描测头的研制

针对凸轮轴及曲轴测量的实际需要,设计了一种一维扫描测头,建立了测头的力学理论模型,并重点研究其核心部件平行片簧机构的受力变形理论,推导完善了平行片簧机构的变形公式.定量分析了影响测头测量精度的因素,找出误差产生的根源.以凸轮轴测量仪为实验平台完成了测头的性能实验,采用VDI-3441评价标准得到测头的重复定位误差为1.72μm.     

大型数控插齿机在线测量测头标定方法

针对国内大型插齿机在线测量的空缺,对天津第一机床总厂设计的YKW51250大型数控插齿机进行了运动分析。根据插齿机特殊的结构特点及在线测量系统的方案,提出了一套适合该系统的测头标定方法,并进行了实验验证。实验结果表明:该方法能够满足插齿机在线测量系统测头定位的精度要求,对后续测量任务的顺利进行起关键作用。     

基于可变向测头的未知自由曲面数字化测量

为了消除曲面倾斜对点激光测头测量精度的影响,针对连续的未知自由曲面,提出一种基于可变向测头的数字化测量方法.设计一种摆动机构安装点激光测头,使测头方向可以在一定范围内变动.在测量过程中,首先使测头竖直,对被测曲面进行等间距逐行扫描,并对扫描数据进行及时处理与曲线拟合,根据拟合曲线外法线与X轴正方向所成角度α值的大小,找出α∈[0°,60°)、α∈(120°,180°]的曲线段所在位置.一次扫描结束后,将测头向左倾斜,对α∈[0°,60°)的曲线段进行二次测量,将测头向右倾斜,对α∈[120°,180°)的曲线段进行二次测量.通过多次测量数据组合,获得被测曲面的整体形貌数据.实验结果表明,该方法能够有效实现α∈[0°,180°)的未知自由曲面的数字化测量,同时保证测量精度.     

集中质量对模拟测头基频的影响

为了改善三维模拟测头的响应特性及其动态稳定性,对三维模拟测头进行了基频分析.将模拟测头的各主要组成部件简化为集中质量模型,采用模态分析方法分析了工作基频对响应特性及测量精度的影响.通过集中质量分布位置及其影响敏度分析,结果表明:集中质量及其位置对于测头系统基频的影响呈非线性关系.以集中质量为约束条件的频率响应特性分析可有效提高模拟测头动态性能及测量精度,为提高模拟测头测量精度及动态性能提供了新途径.     

微型薄膜瞬态热流计的研究与开发

为满足燃料电池内微小空间内瞬变大热流的测量要求,利用薄膜技术,制作了热阻式微型薄膜瞬态热流计测头.该测头在厚度为0.05 mm的SiO2基片上蒸镀薄膜热电偶,测量厚度为1μm的SiO2热阻层两侧温差,从而得出瞬变热流值.同时,利用自行开发的标定系统对微型薄膜瞬态热流计测头进行了标定和响应测试,并对标定过程中的误差进行了细致的分析.对比得出,开发的热流计测头在响应时间和测头尺寸上,能满足微小空间内瞬态热流的测量需求.     

三坐标测量机测头系统的误差分析与修正

测头是三坐标测量机的关键部分,其动态性能对测量机最终测量结果有直接的影响。为了提高三坐标测量机测头的测量精度,以触发式测头系统为主,研究了测头系统动态误差的构成,分析了测头预行程误差来源及影响因素,提出了将测头直径动态标定与微平面补偿法相结合的方法对测头直径进行补偿。通过对凹轮轮廓进行测量,并在逆向工程软件中对测头直径补偿前后进行对比。结果表明,该方法对测量机测头直径有较好的补偿效果,具有一定的应用价值。     

模拟测头导向机构动力学特性研究

模拟测头导向机构的特性对测头导向精度具有较大的影响,在考虑导向簧片非线性、大变形特点的基础上,提出一种测头导向机构动力学建模新方法.根据Bernoulli-Euler方程,结合伪刚体模型,求得系统的动力学方程.建立模拟测头导向机构固有频率与导向簧片几何参数之间的关系,通过实例分析验证该方法的有效性,为平行簧片导向机构的设计提供理论依据.     

基于数字模型的复杂曲面测量原理和技术

依据复杂曲面测量中球形测头的中心轨迹与被测曲面之间互为等距曲面的关系,用双三次B样条曲面建立了描述测头中心轨迹曲面的数字模型。该模型可以按给定精度要求逼近测头中心轨迹曲面。同时提出了一种测头半径三维补偿原理及实施技术,进行了精度分析,最后给出了测量实例。     

一种机械臂在线标定装置开发（英文）

提出一种名为MultiCal的新型接触式三维测量装置,可用于机械臂的现场标定和在线精度测量,具有使用方便、成本低（低于5000美元）、性能可靠等优点。该设备可灵活地设置在机械臂的工作环境中进行微米级精度三维测量。在标定过程中,通过一个三维位移测量装置,让机械臂的工具中心点运动至一个固定点,之后再绕该点旋转运动至不同姿态角并测量各关节角度（单点约束测量）。然后采用一个创新设计的夹具,将三维位移测量装置精确地安装在该夹具的不同工位上,并重复上述测量过程,从而实现多点约束测量。夹具上不同工位的相对位置在标定前已被精确测量,并作为标定的先验信息,以提高标定的精度与鲁棒性。理论分析表明,在相同水平的测量误差下,MultiCal的理论标定精度与传统的非接触式三维或六维测量设备（如激光跟踪器）相比降低10%—20%。而在StaubliTX90机械臂上进行的实际标定实验结果表明,MultiCal实际标定精度仅比带激光扫描仪的测量臂低7%—14%,时间效率比六维双目视觉测量系统低21%—30%,标定后的机械臂的最大和平均绝对定位误差分别为0.831mm和0.339mm。