关节式坐标测量机初始位姿对误差影响研究

采用Denavit-Hartenberg方法建立了关节式坐标测量机的数学模型,分析了影响关节式坐标测量机的误差源,并对第一关节的误差分布进行了仿真。通过关节式坐标测量机的第一关节在不同初始位姿下对被测工件进行测量与真值进行比较,分析在不同初始位姿下所测得结果的不同,得到了其第一关节的误差分布。实验表明关节式坐标测量机在采用相对角度编码器时,第一关节选择最佳初始位姿,可以有效地提高测量精度,减小误差。     

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。     

基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿

运动学标定是提高关节臂式坐标测量机精度的主要方法，但运动学标定后的残余误差对其测量精度和稳定性仍有很大影响。本文提出一种基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿方法，以提高关节臂式坐标测量机的测量精度。首先，在关节臂式坐标测量机运动学建模和误差建模的基础上，建立了运动学参数辨识模型，并依次进行角度参数辨识、长度参数辨识和长度参数等比例缩放的复合辨识，完成了七自由度关节臂式坐标测量机的运动学标定。其次，通过对标定后残余误差图谱的分析，发现残余误差与测量构型有关联，进而构建了以测量摆角、仰角、距离和转角为变量的测量构型。由于测量构型变量与残余误差存在强非线性关系，提出一种基于极限学习机的残余误差预测和补偿方法。通过实验对本文所提模型及方法的有效性进行验证，结果表明：进行残差修正后关节臂式坐标测量机的单点测量误差最大值由0.061 mm下降到0.044 mm，误差均值由0.023 mm下降到0.017 mm，误差标准差由0.011mm下降到0.007 mm；长度测量误差最大值由0.137 mm下降到0.074 mm，误差均值由0.033 mm下降到0.021 mm、误差标准...     

关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识

对关节臂式坐标测量机中圆光栅角度传感器分度盘安装存在的偏心误差进行修正,可以有效提高测量机的测量精度。为了实现坐标测量机动态、实时的现场标校,建立了一种六自由度关节臂式坐标测量机的坐标系统,分析了圆光栅分度盘的安装偏心对角度测量的影响,推导了由于偏心引起的测量误差及其修正公式。分析表明,较小的安装偏心便会引起较大的角度测量偏差。以测量机的单点重复测量精度为目标函数,提出了一种基于模拟退火算法的角度传感器偏心参数辨识方法,并将其用于测量机关节圆光栅12个偏心参数的辨识和修正,实验结果表明,修正之后测量机的重复测量精度提高了11.3%。     

关节式坐标测量机关节轴晃动导致测量误差的分析及建模

针对关节式坐标测量机测量精度不易保证的问题,在讨论导致关节式坐标测量机测量误差的各种原因的基础上,对关节晃动导致的测量误差进行了定量分析,建立了测头的测量运动方程和因关节晃动引起的测量误差的数学模型。     

关节式坐标测量机测量原理特点及应用理论分析

关节式坐标测量机是一种串联关节结构系统,具有测量空间开阔、操作简便、携带方便、对使用环境要求不高、适于现场测量和在线测量等优点。但由于其机构原理特点及精度控制存在不足,其目前最高测量精度也达不到通用直角三坐标测量机的精度水平。从关节式坐标测量机测量原理、误差减少与控制等几方面进行分析,提出测量机精度提高的若干途径和措施。     

柔性关节式坐标测量机的误差源分析与建模

近30年来研究发展了可用于多种制造业的各种几何形体参数测量的柔性关节式坐标测量机,它具有灵活、轻便、价格较低等优点,适宜于现场使用,但限制其应用的关键就是其测量精度问题,本文首先建立测量机的测量模型,然后对影响测量机精度的误差源进行分析,建立更有效的误差模型。通过求出误差模型中各个参数并进行修正补偿后,大大提高测量机的精度,并分析了测量机存在最佳测量区域的问题。     

关节式坐标测量机热变形误差及修正

关节式坐标测量机工作温度范围宽,可以在线测量,应用领域越来越宽.这也使得其热变形误差随着对测量机测量精度要求的提高越来越受到关注,并且对其必须加以修正.简要分析关节式坐标测量机主要部件由于温度变化对测量的影响.关节式坐标测量机热变形误差模型用单隐层带反向传播前馈神经网络建立,网络的输入是测量机两个温度参数和测头的坐标值,输出为测头坐标相对于20℃该点的变化量.通过试验获得数据样本,训练所建模型并进行仿真.试验结果表明所建模型对关节式坐标测量机热变形误差修正是有效的.     

圆光栅角度传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和粒子群算法提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高圆光栅角度传感器的测量精度。使用光电自准直仪和金属多面体对圆光栅角度传感器的测量误差进行了离散标定,通过对标定数据的频谱分析,发现传感器测量误差主要由几种不同频率的正弦函数信号组成,由此提出了一种基于正弦函数的圆光栅角度传感器误差补偿模型。补偿模型中包含7个待定常量,本文采用粒子群算法求解这7个待定常量以克服最小二乘法无法收敛的问题。以待定常量为粒子位置坐标,以平均误差为适值函数,建立了一种基于粒子群算法的参数辨识模型,并根据参数辨识模型求出最优的待定常量。应用补偿模型对关节臂式坐标测量机的6个圆光栅角度传感器测量误差进行了补偿,结果表明:补偿后各角度传感器的平均测量误差减小了约398～1102.5倍,大大地提高了传感器的测量精度。     

关节臂式坐标测量机的运动学与工作空间分析

关节臂式坐标测量机的运动学理论模型和工作空间是其机械结构优化和精度分析的基础。首先利用D-H法建立关节臂式坐标测量机运动学理论模型,并在SolidWorks二次开发的基础上进行了运动学三维仿真以验证所建理论模型是否正确。然后,采用蒙特卡洛法对其工作空间分析仿真,得到了关节臂式坐标测量机的工作空间点云图。最后,利用层切法和边界扩展更精确地计算出该工作空间的体积,为结构优化提供支持。仿真结果表明关节臂式坐标测量机测量空间分布均匀,无空腔,满足实际测量要求。     

三关节坐标测量机测量空间分析和随机误差分布的计算方法

基于三关节坐标测量机样机模型分析了测量机空间测量范围,对于形成空腔的原因进行讨论,并通过分析计算得出理想的测量机构参数关系.在目前可测空间中,由于模型参数随机波动造成测头位置误差会随着位姿不同而变化,本文设计了求取随机误差随位姿变化分布的算法,并且根据实验情况设定参数波动值讨论实际误差分布状况,其中参数波动又分为单参数...     

3-PSS并联机构正解及其在坐标测量机中的应用

针对传统坐标测量机和关节臂测量机存在的技术局限,基于3-PSS并联机构原理,提出了只需一只长光栅、一条精密导轨即可实现三维空间精密测量的坐标测量机,并研究了测量系统的测量模型、测量误差模型及并联机构误差平均效应.根据并联机构基本理论建立了测量机的六杆测量模型,在此基础上进行了杆长制造、装配误差和光栅读数误差的理论分析.然后,从理论上展示和说明了并联机构存在误差平均效应的数学本质和依据.最后,介绍了样机的设计及制造,并给出初步的实验结果.在没有进行误差修正和系统标定的前提下,该样机在X,Y,Z3个坐标方向上的测量误差分别为0.029 mm,0.045 mm和0.058 mm.得到的结果可指导新样机的优化设计.     

自驱动关节臂坐标测量机关节角度实时测量系统

针对传统的光电编码器角度测量方法无法满足自驱动关节臂坐标测量机角度高精度实时测量的问题,设计了基于FPGA组合设计方法的光电编码器角度实时测量系统,由原理图输入设计的抗扰动模块、Verilog HDL语言设计的四倍频辨相计数模块、Qsys搭建的数据传输模块和Visual Studio设计的软件模块组成。通过与数字采样频率为1 MHz的16位USB-6229数据采集卡同步对比实验结果表明,在相同条件下,FPGA与数据采集卡同时测量光电编码器的数据完全吻合,因此设计的光电编码器角度实时测量系统可以直接运用于自驱动关节臂坐标测量机的关节角度测量。     

Research on optimal measurement area of flexible coordinate measuring machines

When we measure a workpiece in the optimal measurement area of the flexible coordinate measuring machines (FCMMs), the measuring precision can be improved. The flexible CMM’s measuring space is given. Then its spatial error distribution model is build by using support vector machine theory. Finally, the two solutions of the optimal measurement area are discussed and solved through experiments. The high precision measurement results can be realized by using a low-precision measuring machine without any increase in hardware manufacturing cost. This is of great theoretical value and practical significance for the flexible CMM’s further development.     

便携式坐标测量仪的最佳测量位姿研究

提出了一种利用现有五自由度便携式坐标测量仪提高工件测量精度的测量方法。该方法在已知设备关节转角随机误差量及测量点的情况下,通过反求各关节处可能的角度值,并在相应的各关节转角组合下,加入转角的随机误差量,重构相应姿态下的测头坐标,然后与已知测量点比较得出该姿势下受角度随机误差影响的最大值,不同的位姿对应不同的最大值,把最小的一个最大值对应的位姿作为最优测量位姿。文中通过引入两球模型和间接球法,大大的减少了反求角度过程中的计算量。     

新型关节臂坐标测量机的设计

关节臂坐标测量机是一种新型非正交系坐标测量设备,相比传统的三坐标测量机,具有体积小、重量轻、灵活、轻便等特点,现已在机械制造、电子、汽车和航空航天等领域得到应用,具有巨大的应用前景.在前期工作的基础上设计出一种六自由度关节臂坐标测量机,该关节臂坐标测量机关节零件采用航空铝合金材料、连杆采用碳纤维材料,因而具有强度高、重量轻的特点,内置式平衡机构可减轻操作者劳动强度,精密的关节角度传感器保证了测量机的高精度.基于Open CASCADE和VC++6.0平台开发了关节臂坐标测量机的测量软件和标定软件,并进行了整机的联机调试,验证了系统的可靠性.     

自驱动关节臂测量机结构设计与仿真分析

为了使自驱动关节臂测量机的结构满足测量和定位精度要求,通过分析自驱动关节臂测量机的工作原理,建立了测量机的运动传递模型,完成了测量和定位误差源分析,在此基础上对关键部件进行设计和选型.对测量机进行了整体结构设计和关节结构设计,得到最优设计方案,在此基础上推算出各个关节的重力矩及惯性矩,完成了各关节模组的选型.建立了测量...     

基于圆和非圆复合轨迹的三轴数控装备几何运动误差检测新方法

针对三轴数控装备,综合考量现有方法的特点,提出一种基于圆和非圆(直线、折线)复合轨迹的几何运动误差检测新方法。根据多体系统理论,运用齐次坐标变换方法建立误差模型,通过检测三个坐标平面内直线(折线)运动轨迹精度得到包括位置误差、直线度、垂直度在内的12项直线性误差,再通过三个坐标平面内检测圆运动轨迹精度,依次辨识得到9项角偏误差,从而实现三轴机床全部21项几何运动误差的检测。根据该方法,分析在不同测量顺序下各坐标平面内角偏误差的解算情况,据此总结出8种可行的角偏误差辨识方案。基于平面光栅的检测试验在2 h内便可完成,试验结果证明该方法的可行性和高效性。     

基于单拉线编码器测量系统的几何标定及精度分析

提出一种基于单拉线编码器测量系统的几何误差标定方法,通过在测量系统引入被测点位姿参数建立位姿求解模型,基于闭环矢量链建立测量系统误差辨识模型,采用最小二乘法对几何误差参数进行辨识。验证实例表明,标定后测量系统中几何参数最大绝对误差只有1×10^-8 μm,从而证明标定算法的有效性与高精度。进一步分析测量系统中动滑轮圆周度和转轴角度误差,拉线弹性变形,拉线编码器误差对测量系统精度的影响。分析结果表明,当拉线编码器的测量误差为0.0046 mm,动滑轮的转轴误差为0.1°时,最优标定点数目为35个,测量系统的测量误差最大为0.037 mm。