一种高精度在线测量大外径的方法和装置

基于弓高弦长法直径测量原理,设计开发了一套大外径高精度在线测量装置。该装置由测试系统和标定系统两部分组成。测试系统主要由3个高精度激光位移传感器组成,标定系统主要由2个已知直径尺寸的大圆盘组成。由标定系统完成测量系统弦长和初始弓高的标定,相对弓高由测试系统测出。该装置结构简单、操作方便。对装置的直径测量精度进行了仿真分析和实际测量实验分析。所得结果表明,大外径的测量精度小于5μm。     

长跨度孔系直径与同轴度误差测量系统

针对飞机铰链件长跨度、小直径孔系的直径和同轴度误差高精度测量问题,研制了基于光电传感器的综合测量系统。多功能测头中的直流电机驱动自定心机构确定孔截面测量位置,光电编码器记录电机有效转动量,通过与标准环规进行比较间接测量各孔直径。以激光作为准直基准,安装在多功能测头前端的PSD检测激光光斑位置以确定各孔截面中心坐标,并进而评定出孔系的同轴度误差。使用该测量系统完成了孔系直径测量试验和PSD光斑检测线性及重复性试验。试验结果表明,与三坐标测量机测量结果相比,孔径测量相对误差小于10μm,PSD光斑位置检测重复性误差小于13μm,具备了较高的检测精度。     

原始平板刮研及测量方法研究

原始平板经刮研后是否达到1级精度,可考核两个指标,一是检查接触斑点;二是通过水平仪测量平面度的误差。1级平板接触斑点,不小于25点／25mm×25mm,1级平板的平面度误差为20μm（平板尺寸为750mm×1000mm）。     

高精度气动传感器的研究

介绍了气动测量中常用反射式和背压式气动传感器的设计与工作原理。理论分析出提高气动传感器灵敏度和测量范围的方法;通过对影响测量精度主要误差因素的分析,给出相应误差补偿的方法。所研制气动传感器的测量范围为55μm,分辨力为O．02μm,静态误差小于0．25μm,可适用于高精度高分辨力的非接触尺寸测量。     

基于球形目标的激光位移传感器光束方向标定

搭建了非接触式的三坐标测量系统以便精密测量三维型面。将激光位移传感器通过具有两个回转轴的回转体安装在测量机的Z轴上,从而可根据待测表面的形状来调整传感器的方位。为了使传感器在各个方位上实现测量功能,提出了基于球形目标的光束方向标定方法,并详细阐述了其数学原理。标定时,驱动测量机使传感器分别沿测量机的X,Y和Z轴做等间距步进,根据步长和激光束长度的变化建立方程组求解出激光束所在直线的单位方向向量。最后,多次测量尺寸参数已知的六面体标准块规,检验了该测量系统的重复性。结果显示,该系统的测量不确定度为0.048mm;测量另一直径已知的被测球时,传感器在各个方位上的误差小于0.05mm,表明所提出的标定方法使测量系统达到了逆向工程的使用要求。得到的数据表明,本文所提出的方法有较高的标定精度和较好的重复性,为实现三维型面的快速扫描测量奠定了基础。     

滚珠滑块型面测量的误差分析及试验验证

为了实现滚珠滑块型面的快速准确测量,基于点激光扫描原理设计了滑块型面检测装置,并依此建立了滚道倾斜扫描模型。然后对传感器的安装误差进行仿真分析,提出标准圆棒的误差标定补偿方法;同时建立光线的倾斜照射模型,结合求解照射圆柱的倾斜角的方法,分析不同情况下光线的倾斜照射误差。随后,设计工装对圆棒外轮廓半径进行测量,结果表明传感器安装误差补偿后的测量精度明显提高,点激光在一定角度下倾斜照射精度为3.5μm,标准差在1.2μm以内,结合滑块滚道的实际测量图像,验证本测量方案具有可行性。     

平行双关节坐标测量机的标定及不确定度评价

借鉴国外ScanMax测量机所具有的优势,研发了RRP结构(即两个转动和一个直线运动)的平行双关节坐标测量机,并研究了该仪器的误差模型、标定方法和不确定度评定方法。首先,根据平行双关节坐标测量机的机械结构建立了仪器的数学模型和误差模型。然后,基于全误差分析技术设计了仪器的标定方案并分别介绍了对重力和扭矩变形、平行度、臂长、零位等参数的标定。最后,根据国家坐标测量机校准规范,提出了通过评价测量重复性和长度测量精度的方法来评定测量不确定度。实验结果表明:在1 000mm×250mm(直径×高度)的测量范围内,平行双关节坐标测量机的测量不确定度可达到12μm(k=2)。得到的结果验证了平行双关节坐标测量技术及全误差分析技术的可行性,为非正交坐标测量机的标定探索了新的方法。     

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。     

三点法圆外径测量优化研究

为提高三点法圆外径测量方法精度,解决接触式测量精度低和易损伤工件等问题,文中进行了非接触式三点法圆外径测量优化研究。该研究对传感器布放角度进行优化设计,建立考虑传感器安装偏角误差的三点法圆外径测量的数学模型,直接使用解析的方法进行半径求解,避免了傅里叶变换所带来传递函数分母为零的频域特征损失。在此理论研究基础上,搭建了基于电容位移传感器的非接触式三点法圆外径测量装置。使用三坐标测量机建立标定坐标系,拟合测量出3支电容位移传感器的安装偏角,完成三点法圆外径测量装置的参数标定和误差修正。标定完成后应用该测量装置对已知外圆半径为18 mm的标准工件进行测量,6组不同位置的测量结果表明,未考虑传感器安装偏角误差时圆半径测量的最大偏差为19.6μm,标准差为11.9μm,修正传感器安装偏角误差后圆半径测量的最大偏差为3.3μm,标准差为2.2μm,优化的测量方法标准差显著减小,验证了方法的有效性。     

电容传感器线性度标定平台

设计了一种电容位移传感器在线标定平台,用于位移的高精度调节和检测。该平台的运动对称中心轴、测量光路的对称中心轴和传感器的传感轴共轴,故从测量原理上减小了阿贝误差。标定平台具有z/tip/tilt调节功能,保证了传感器的传感面和被测面板的被测面之间的装调对准。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理,采用对称平行四边形机构实现了微位移调节,基于柔度矩阵法(CMM)分析了导向机构的输出柔度和行程。试验测得动平台行程为735.162μm,和有限元法(FEM)、CMM计算结果的误差分别为7.410%和4.633%,满足行程误差要求。经过标定补偿后,传感器的线性度由0.014 21%提高至0.006 231%。实验结果显示,该线性度标定方法精度高,标定后的传感器满足位移精密调节机构使用要求。     

小半圆直径的高精度测量方法及其应用

在对弓高弦长法进行深入研究的基础上,推导出当弓高或弦长在微小范围内变化时,小半圆直径(或半径)的测量方程是有关弓高变化量或弦长变化量的线性方程.该测量方程充分表明,弓高变化量或弦长变化量的放大系数是与角度有关的"灵敏系数",从而指明了提高测量精度的方向;并给出了灵敏系数是特殊值的几个测量点.用本方法测量小半圆的直径(或...     

一种轻便高效的大直径回转支承滚道直径测量装置

研制一种新的测量大型回转支承滚道直径的检测装置.运用弓高弦长测量方法测量,用光栅精确检测弓高数据,通过显示器对测量结果实现数字输出.该装置可以实现用小装置测量大直径.文中介绍了其工作原理、结构组成等,并对该检测装置进行了误差分析.结果表明,该检测装置具有较高的检测精度.     

电机转矩转速测量方法的分析

电机的转矩和转速是最重要的两个参数,对它们的测量必须准确.根据用户提出的测量航空电机具体要求,本文分析了转矩和转速的测量原理,指出了采用应变式和光电式传感器构成测量仪更适合测量大转矩、高转速电机.虽然与传统的测量方法一致,但经过理论分析,得出了这种测量方式机械结构影响测量稳定性的原因,即传动轴受减速器齿轮啮合力作用产生的弯曲应变和结构谐振对测量精度影响最大.本文通过精确的计算,充分地考虑了机械结构对测量稳定性的影响,提出了选择转矩传感器及转速传感器的基本原理与方法.据此,在所研制的电机测量仪中,大大地提高了测量精度,并有效地减小了测量仪的体积和重量,适合航空工业应用.     

一套简便的大直径内孔测量装置

针对较大圆柱内孔直径现场测量中出现的测量难度大、测量精度不高的问题，利用圆的自动对中性，设计了一种适用于在生产车间使用的圆柱内孔直径的测量装置。该测量装置结构简单、成本低、测量效率较高，在实际使用中收到满意效果。     

万能激光测长机测量非标长量块的不确定度分析

万能激光测长机是一种可以进行绝对测量和相对测量的长度计量仪器，用途非常广泛.量块检定一般采用比较法测量，对于非标准长量块的测量现在可以利用万能激光测长机进行测量。介绍了用万能激光测长机测量非标准长量块的方法，并对其不确定度进行了详细分析。     

利用光纤曲率传感器重建三维曲面结构

为了实现对弯曲结构的三维空间数据的测量与重建,建立了光纤曲率传感器的准分布式测量系统。对该系统中传感器的布置方式、空间弯曲曲率和扭转角的测量及三维结构重建方法进行了研究。首先,将光纤曲率传感器绕成环形,布置在柔性基底的两个对称表面,组成准分布式测量系统。根据线性叠加原理,同时测量出结构的弯曲和扭转变形。使用光纤曲率传感器提供的弯曲和扭转信息,采用微分几何的方法,建立由曲线切线和曲率确定的运动坐标系,在运动坐标系中根据空间结构的扭转角确定密切平面。然后,在密切平面中进行曲线的弯曲计算和运动坐标系的变换分析,并进行拟合过程的公式推导。最后,对该方法进行了试算验证,并利用准分布式测量系统对两支点间距为500 mm的简支梁进行了结构重建。结果显示,在相邻两检测点进行20点插值时,简支梁曲线的最大偏差为1.1 mm,表明设计的系统和重建方法能够较高精度地实现曲面结构的三维重建。     

轴承套圈内径尺寸多参数检测设备

基于相对测量法,研制了一种轴承套圈内径尺寸多参数检测设备,该设备由计算机控制,同时采用2个传感器,可以根据需要一次测量多个不同的截面并自动显示结果.相比人工检测,该设备的测量采样点数多,测量精度高,操作方便,而且能够避免人工测量误差,减轻人工劳动量.     

Development of a parametric model and virtual machine to estimate task specific measurement uncertainty for a five-axis multi-sensor coordinate measuring machine

Any combination of contact and non contact sensors on a single coordinate measuring machine makes it a multi-sensor or hybrid coordinate measuring machine. The ability to change the probing device without re-establishing the part coordinate system is a significant advantage and consequently the reason for their wide acceptance and usage. In addition to the existing three linear stages in a conventional or hybrid coordinate measuring machine, the number of axes can be augmented with two rotary stages in order to make them more versatile. This not only complicates the metrology loop but also adds more parametric errors to existing list of known 21 errors for a three stage conventional measuring machine. Also different probing sensors in the system have different metrology loops. Literature survey reveals that there is no previous or current work on estimation of task specific uncertainty for machines of this class with a wide potential for measuring complex parts quickly and with great ease. The current work focuses on developing a virtual measuring machine of this class which incorporates a parametric model of a five-axis multi-sensor coordinate measuring machine, techniques to estimate the parametric errors in the model and error correction strategies for the same. The virtual machine is used to mimic real time measurements in order to come up with estimates for task specific measurement uncertainty.     

Integration of a laser interferometer and a CMM into a measurement system for measuring internal dimensions

In order to improve the existing comparative procedure for calibrating internal dimensions, we have developed a new measurement set-up for traceable absolute measurements. It consists of a co-ordinate measuring machine (CMM) and a laser interferometer (LI). The LI serves as a traceable measurement system, while the CMM is only used as a guiding system for the measuring probe. Extended research focused on defining probe parameters such as diameter, bending and indentation, as well as probing head repeatability and other error sources. The final goal of the research was to determine uncertainty of measurement under existing laboratory conditions. The main outcomes of the research and final uncertainty of measurement are presented in this article.     

Development of a laser-guiding-type deep small-sized hole-measurement system: Measurement accuracy

In this study, a system for measuring small-sized holes with a 17–21 mm diameter and 1000 mm length was constructed. The system comprises a laser interferometer to detect hole accuracy, a probe connected to a measurement bar, and an optical apparatus for detecting the probe attitude (position and inclination). The probe was supported by supporting pads. A steel workpiece with 18 -mm diameter and 800 mm length was used for the performance test. During the experiment, errors were found in terms of hole deviation and roundness profile. Further experiments, using new experimental apparatus and analysis, revealed the causes of errors: electrical noise that increased with time, two periodic stylus swings in the longitudinal direction of the hole per rotation of the measurement unit, and the excessive spring force pushing the tip of the stylus, causing a large frictional force with the hole wall, etc. If these errors are corrected, high accuracy in the measurement of hole deviation and roundness can be achieved.