工件特征在机测量的关键误差分析与补偿研究

针对激光在机测量工件特征时的测量精度问题,对测量系统的关键误差影响因素及补偿应用进行了研究。使用激光位移传感器作为测量工具对工件特征进行在机测量时,测量结果受激光位移传感器倾斜误差和数控机床几何误差影响。为了校正激光位移传感器在物面倾斜时引起的测量误差,设计了倾斜误差试验,利用勒让德多项式对倾斜误差进行了建模和补偿,补偿后倾斜误差可减小至±0.025 mm以内。针对不动式激光在机测量时数控机床线性轴几何误差对测量结果的影响,设计了球杆仪倾斜安装试验,利用参数化建模的方式对X轴和Y轴的几何误差进行了解耦。最后根据建立的倾斜误差与几何误差模型,对工件特征的在机测量结果进行了补偿。结果表明,对工件特征在机测量结果进行误差补偿后,线性尺寸测量误差小于0.05 mm,角度测量误差小于0.08°,相较于补偿前在机测量精度明显提高。     

表面粗糙度对激光位移传感器测量精度的影响和补偿

激光非接触测量方法已被广泛应用于在机测量加工件,而被测工件表面粗糙度和测量距离对位移传感器精度的影响则少有研究。本文针对位移变化时不同参数的表面粗糙度对工件测量精度的影响,分析激光位移传感器测量表面粗糙度时的误差产生原理,设计了结合粗糙度和位移两项影响因素的误差测量实验,获得了激光干涉仪和激光位移传感器的位移数据。以激光干涉仪数据为基准计算出误差值,进而拟合获得误差模型。实验结果表明,经误差模型补偿后,测量精度提高到±7μm,较高地提升了测量精度,在机床在机测量上有一定应用价值。     

激光干涉仪检测光路的快速校准方法

在使用激光干涉仪时,光路校准过程比较困难,需反复调整,耗时极长,严重依赖操作者的技术水平及经验,导致检测效率大大降低。通过对雷尼绍XL-80激光干涉仪检测的机床直线轴Y轴的光路进行分析,建立被测轴的齐次坐标变换误差模型,利用机床Y轴移动距离,再借助随着光点从光靶中心移动到光靶边缘的固定距离,求解与被测轴Y轴位置无关的激光发射器偏摆和俯仰角,以及间接得到激光器和反射镜位置偏移误差和光点在坐标系间变换的距离。通过建立的误差模型求解无法直接测量的分光镜与反射镜绕各自本身垂直底座轴线的偏摆误差,调整各部件,快速准确地完成光路校准。     

基于指数积理论的三轴机床几何误差辨识方法

为解决三轴机床在球杆仪误差敏感方向上直线度误差缺项建模与误差辨识精度问题,以三轴数控机床为研究对象,根据指数积理论与三轴数控机床运动链,结合混阶切比雪夫多项式预拟合模型,构建综合误差系数模型。在双正交轴检测实验基础上,对综合误差系数模型进行Moore-Penrose逆矩阵求解,使得18项误差能够在球杆仪误差敏感方向上得到全部辨识,无需在非运动轴向进行解耦,提高辨识精度和效率。在某三轴数控机床上进行双正交轴检测实验和NC代码补偿实验,补偿后XY、XZ、YZ双正交轴实验综合误差分别减少82.02%、91.63%、70.6%,验证了所提方法的有效性。对改进前后的切比雪夫多项式预拟合模型进行残差对比,结果表明混阶切比雪夫多项式预拟合模型精度更高。