基于改进差分进化算法的自由曲面测量路径优化

为解决传统差分进化算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优解以及由于个体选择的随机性导致求优稳定性差的问题,文章通过引入多重启动策略,多次运行算法并使用不同的随机种子,增加算法对空间的探索性,在一定程度上解决算法易陷入局部最优解问题;通过使用新的突变策略,在求优稳定性提高了约10%;通过引入参数自适应调节机制,动态地调整算法参数的取值,使收敛速度提高了约10%,并提高了算法的鲁棒性。

航空导向器三维测点处理与喉道面积精确计算

导向器是航空发动机的重要部件,喉道面积作为其关键参数直接影响发动机动力性能。针对导向器喉道面积现有测量方法效率低、喉道面积估计不准的问题,提出了导向器三维测点处理与喉道面积精确计算的新方法,并在多联叶片导向器样件上开展了该方法与三坐标测量计算方法的对比实验。实验结果表明,所提方法得到的喉道面积更精确,且多次测量计算结果具有较高的一致性。

并联坐标测量机研究进展

并联机构具有刚度大、承载力强、动力性能好、支链间误差平均效应等优势,在机器人、机床、微动器件等领域得到了广泛应用。然而,传统直角式坐标测量机和关节式坐标测量机采用串联结构,存在误差累积的固有缺陷。鉴于并联机构具有的互补优势,近二十年来并联坐标测量机得到了快速的发展。结合国内外技术现状和团队的研究成果,对并联坐标测量机机构学、运动学、动力学、机构性能和控制策略等方面进行了系统的回顾和分析,总结了目前并联坐标测量机研究中存在的主要问题,提出了进一步的解决方法与思路,并展望了未来的发展趋势。

三坐标测量机在航空发动机零部件检测中的运用分析

三坐标测量机在航空发动机零部件检测中,往往因为三坐标选择的型号(含精度)、测量功能、测量方法等因素造成测量数据不准确、测量效率低等。为了能够提高三坐标测量机在航空发动机零部件检测中的应用效果,对三坐标测量机发展进行了简要介绍,并针对三坐标测量机在航空发动机零部件检测应用中存在的这些问题,从航空发动机零部件特点、三坐标测量机检测航空发动机零部件的具体测量方法出发,本文提出了一些在现场特别适用的运用指导方法,希望可以改进三坐标测量机在航空发动机零部件检测中的应用效果。

基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识

为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系数辨识方法,通过数值仿真分析了幅值、相位检测误差对辨识精度的影响,并给出不同误差系数下辨识结果的理论相对误差分布。结果表明,所提方法对耦合误差系数的辨识范围存在局限性;测量误差对辨识结果的影响不可忽略。最后,对某陀螺进行耦合误差系数辨识实验验证,结果表明:该陀螺力耦合系数、阻尼耦合系数、刚度耦合系数的辨识误差分别为0.542 ppm、6.09%、0.205 ppm;辨识曲线的拟合优度为0.99。

现场双经纬仪三维坐标测量系统

分析了经纬仪透视投影模型以及双经纬仪三维坐标测量模型。采用线性与非线性相结合的方法来求解双经纬仪坐标测量系统的参数,首先由8个以上空间点在两台经纬仪投影平面内对应的投影坐标计算出本质矩阵E,通过本质矩阵E的奇异值分解以及空间绝对距离的约束采用线性方法求出右经纬仪的投影矩阵,然后建立包含空间点在两台经纬仪投影平面内投影点固有约束以及空间点三维坐标在内的目标函数,并以线性方法求出的参数为初值,采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。该方法保证了求解参数为全局最优,且求解速度快。试验结果表明,该方法切实可行。

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%。

基于RBF神经网络的关节转角误差补偿

关节转角误差对关节臂式坐标测量机的精度有非常重要的影响,影响关节转角误差的因素众多,难以用准确的数学模型来描述,为此提出一种采用三坐标测量机标定关节转角误差、基于径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络进行关节转角误差补偿的方法。应用该方法对关节臂式坐标测量机6个关节的转角误差进行离散标定,标定数据训练各关节的RBF神经网络,使用经过训练的RBF神经网络分别对6个关节进行转角误差补偿。试验结果表明经过补偿后关节转角精度提高了约两个数量级,基于RBF神经网络的补偿效果优于正弦函数补偿模型,且其适用范围更广,具有很强的工程应用价值。

激光跟踪仪坐标测量精度的研究

激光跟踪仪是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,其坐标测量精度的校准目前常用标准件进行评定,但标准件的加工制造困难且易变形。因此本文利用高精度三坐标测量机及标准球,在三坐标测量机上建立虚拟三维网格标准球板,并通过移站对激光跟踪仪坐标测量精度进行实验研究。虚拟三维网格标准球板消除了由于标准件变形给坐标测量精度带来的影响,移站测量可以从不同的角度和位置全方位地测量工件各部位待测点的坐标,避免了外界环境的影响,也改善通视条件,实验结果证明该方法具有理论正确性和实际可行性。

关节臂式坐标测量机数据采集系统的研制

研制了一种关节臂式坐标测量机多参数数据采集系统。在测量机的关节和臂身处分别设置由角度传感器、温度传感器、应变传感器以及单片机组成的智能传感器单元,各传感器单元由RS485总线进行连接,并通过RS485-USB接口与PC机进行通信。单片机完成各个传感器数据的采集并将数据上传到PC机;PC机程序由虚拟仪器开发平台LabVIEW完成,实现与单片机间的通信和数据处理,并通过动态链接库将坐标数据传送到标准三坐标测量软件POSCOM。实验表明,该测量系统能够很好地完成关节臂式坐标测量机的数据采集任务。

空间圆几何参数的非接触高精度测量方法

分析了空间圆透视投影的数学模型 ,并建立了点的空间三坐标立体视觉测量数学模型。提出了一种基于立体视觉的空间圆几何参数的非接触测量方法 ,根据极线约束求出空间圆在双目立体视觉中的对应匹配点 ,后投影到三维空间求出边缘的实际坐标 ,采用基于空间三维圆最优拟合求取空间圆的几何中心的三维空间坐标和圆半径等几何参数。该方法减小了空间圆透视投影形状畸变引起的测量误差 。

应用改进模拟退火算法实现关节臂式坐标测量机的参数辨识

结构参数误差是影响关节臂式坐标测量机精度的主要因素之一,精确辨识其结构参数可以有效地提高测量机的精度。本文基于Denavit-Hartenberg模型建立了六自由度关节臂式坐标测量机坐标变换方程,分析了基于锥孔的参数辨识原理,提出了一种改进的模拟退火算法用于测量机的结构参数辨识。该算法在接近最优解时将减小搜索范围以提高搜索效率和求解精度,并保留中间过程的最优解。以单点重复精度为目标函数,利用改进的模拟退火算法对研制的六自由度关节臂式坐标测量机的结构参数进行辨识。实验结果表明,经过参数辨识后,测量机的单点重复精度提高了7.87倍,长度测量精度提高了5.59倍。

四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统自标定与仿真

介绍了四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统的工作原理 ,由于系统具有冗余特性 ,可以实现系统的自标定。重点研究了系统自标定的原理 ,采用初始动点的概念代替初始长度 ,建立了正确的自标定模型。提出了系统的标定和测量过程相互统一的新特征。最后综合运用各种数值算法对自标定模型进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,激光跟踪干涉仪的测量误差对自标定参数的计算结果有重大影响。因此 ,自标定过程中需要保证激光跟踪干涉仪的测距精度。

变臂关节式坐标测量机的参数自标定方法研究

为了有效地提高关节式坐标测量机的测量精度,变臂关节式坐标测量机通过锁定坐标测量机的前2个关节,减小前端关节转角误差的引入降低系统传递误差。经D-H方法建模,变臂关节式坐标测量机和关节式坐标测量机具有相同的数学方程,但是两者具有不同的结构参数,主要差别体现在前2个关节转角。提出了一种基于逆运动学分析方法和非线性规划遗传算法的参数自标定方法。首先,采用Robotics Toolbox中的逆运动学分析方法反求到达同一标定点的多组可能位姿;其次,根据这些反求的位姿结合测量模型计算标定点的坐标值;最后,以单点重复误差为目标函数通过遗传算法进行全局搜索并利用非线性规划算法进行局部搜索获取最优标定结果。实验结果表明,所提出的参数自标定方法使得变臂关节式坐标测量机的单点测量精度提高1 000倍,长度测量精度提高8倍。

三自由度并联机构坐标测量机误差建模与仿真

给出了三自由度并联机构坐标测量的运动反解模型 ,依据矩阵全微分理论 ,导出测头位姿误差与各运动副位置误差及调节器运动误差之间的相互关系 ,建立了新型坐标测量机的误差模型。通过计算机仿真 ,讨论了机构参数误差对测量结果的影响 。

二维图像测量机系统的研究

本文在分析了传统二维坐标测量系统的优缺点的基础上 ,提出了一种新的基于 CCD图像技术的二维坐标测量系统—二维图像测量机。该系统的读数部分、调焦与瞄准部分均采用 CCD图像技术。文中给出了新系统的结构、原理 ,研究了系统实现的关键技术 ,并对新系统进行了实验研究与比对 ,最后 。

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。

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量不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,与使用传统的测量不确定度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,评定更符合实际情况。

坐标测量机的新发展——并联运动机构坐标测量机

从空间机构学的角度出发 ,可将坐标测量机分为串联机构坐标测量机和并联机坐标测量机两大类。由于并联机构坐标测量机测量精度高 ,测头位姿灵活 ,同时又具有“硬件”简单 ,“软件”复杂的特点 ,因而 ,正在成为坐标测量机领域研究的新热点。文章首先分析了普通笛卡尔串联机构坐标测量机的发展现状及存在问题 ,然后介绍了并联机构坐标测量机的结构及特点 ,并对国内外有关并联运动机构理论及其在坐标测量机领域的研究现状与发展趋势进行了综述 ,最后 ,对并联机构坐标测量机研究过程中应注意的主要问题进行了探讨。

关节臂式坐标测量机误差仿真系统建模与分析

为了提高六自由度关节臂式坐标测量机的测量精度,建立了相应的坐标系统及误差模型,并基于误差模型在Matlab软件中建立了误差仿真系统,根据误差仿真结果绘制了关节空间的误差分布图。仿真结果表明:当关节长度、杆长和测头长度的误差传递到测量结果上时,没有被放大或缩小,且不受测量机位姿的影响;而关节转角和关节扭转角误差传递到测量结果上时,被严重放大,放大效果受关节顺序和测量机位姿影响显著。最后根据分析结果对角度传感器和轴承的选择、零件的加工精度要求和测量位姿提出了建议。