二维线性模组空间运动误差实时测量

为实时检测二维线性模组的运动误差,搭建了误差实时测量系统。该系统由四自由度运动误差测量模块、滚动角误差测量模块和线性光栅尺组成,实现单轴六自由度运动误差测量。基于齐次坐标转换矩阵(Homogeneous Transfor-mation Matrix,HTM)原理构建二维模组的空间误差模型,对功能点的实际空间位置进行表示;完成测量系统标定实验,并基于阿贝-布莱恩原则处理实验数据完成比对实验。最终,测量系统的定位误差、直线度误差和角度误差测量精度分别达到±1.2μm,±1.3μm和±1′′,并根据空间误差模型分析二维线性模组XZ平面对角线位置的测量误差。结果表明,使用二维线性模组空间误差模型求解后,XZ平面对角线位置的测量误差由68μm降至13μm,证明采用该系统进行线性模组误差测量是有效的;此外,因为加载状态下二维线性模组各位置的运动误差会改变,为验证测量系统能够实时测量出线性模组的空间误差变化,在Z轴滑块上加装质量为2 kg的标准砝码进行对照实验。结果显示,在使用二维线性模组空间误差模型求解后,XZ平面对角线位置的测量误差由56μm降至14μm。

基于旋量理论的被动式跟踪测量系统误差分析与补偿

被动式跟踪测量系统由一个二维旋转平台和一个径向伸缩机构组成,用于测量目标的空间坐标。伸缩机构的末端固定有一个标准球,该标准球被目标磁吸,其径向位移由直线光栅尺测量。二维转盘的旋转角度由两个各自的圆形光栅测量。分析了被动式跟踪测量系统的主要误差来源,基于旋量理论建立了误差模型。最后,利用三坐标测量检测误差模型的补偿效果。经过误差补偿后,被动式跟踪测量系统在450×450×200mm空间的最大测量误差降低到132.2μm。

被动式激光跟踪测量方法及其误差补偿技术

针对主动式激光跟踪仪跟踪测量系统复杂、研制成本高的问题,提出了被动式激光跟踪方法用于测量目标点的空间坐标。首先基于HTM方法建立被动式激光跟踪测量系统的误差分析模型,提出相关误差参数的检测方法,在对测量误差进行补偿后,被动式激光跟踪测量系统的空间坐标测量误差从581.5μm降低为150.8μm。为进一步提升测量准确度,采集经误差补偿后的残余误差作为样本数据,利用BP神经网络对样本数据进行训练;利用训练好的BP神经网络模型对被动式激光跟踪测量系统的残余误差进行补偿,空间坐标测量误差从150.8μm降低为51.6μm。相较HTM误差补偿方法,HTM+BP神经网络模型的补偿效果提升了65.8%。

一种导轨直线度与平行度测量系统的研究与应用

导轨直线度与平行度的测量通常采用接触式扫描法和光学测量法,这些方法通常需要高精度的直线度物理基准和激光干涉仪等昂贵仪器使得测量成本大大提高。为克服上述缺点,提出了一套基于四象限光电探测器(简称四象限)结合双轴水平仪实现导轨直线度与平行度测量的测量系统。通过标定实验,比对实验和稳定性实验证明了该测量系统的准确性和稳定性。利用该测量系统对导轨进行测量调整后,基准轨水平与竖直两个方向的直线度误差分别从150μm和120μm降低至42μm和36μm,测量轨与基准轨在水平与竖直两个方向的平行度误差也分别从327μm和524μm降低至45μm和51μm。

Effects of Comprehensive Eccentricity of Involute Cam on Gear Profile Deviations

The manufacturing accuracy of ultra-precision master gears signifies the technological capability of the ultra-precision gear.Currently,there is little report about the manufacturing technologies of ultra-precision master gears at home and aboard.In order to meet the requirement of grinding ultra precision master gear,the gear grinder with flat-faced wheel Y7125 is chosen as the object machine tool and the geometric model of its precision generating part,the involute cam,is established.According to the structure of the involute cam,the effective working section and its adjustable range of the cam are determined,and the mathematical expressions of the effects of comprehensive eccentricity of the involute cam on gear profile deviations are derived.According to the primary harmonic trends of the deviation curve,it is shown that gear profile form and slope deviations in different work generating sections of the involute cam are different which the latter changes with the cam eccentricity obviously.Then,the issues of extreme values and methods of error compensation are studied and the conclusion that large adjustable range is benefit to search the optimal involute-cam section which is responding to the minimum gear profile deviations is obtained.A group of examples are calculated by choosing master gears with d=120 mm and m=2-6 mm and an involute cam with base diameter djcam =117 mm.And it is found that the maximum gear profile deviation counts for no more than 5% of the cam eccentricity after error compensation.A gear-grinding experiment on the master gear with m=2 mm is conducted by choosing different sections of the involute cam and the differences of gear profile deviations then the existence of the cam eccentricity are verified.The research discloses the rule of gear profile deviations caused by the comprehensive eccentricity of the involute cam and provides the theoretical guidance and the processing methods for grinding profile of the ultra precision master gear.

基于电涡流位移传感器的嵌入式滚转角测量方法

导轨运动副在运动过程中会产生6个自由度误差,滚转角误差一直是测量的难点。提出一种基于电涡流位移传感器的滚转角在线测量方法和装置。该方法将导轨固定于基准平面,电涡流位移传感器探头通过连接板安装在运动平台上,其中两个探头相距L,并且连线垂直导轨运动轴线,平台运动过程中,两个探头通过测得的导轨直线度误差间接得到导轨滚转角误差;考虑到基准平面平面度误差影响,建立了误差补偿模型,对基准平面平面度误差对滚转角误差测量引起的角度变化量进行补偿,从而计算出导轨精确滚转角误差。静态和动态加载对比试验结果表明:在导轨运动距离为100 mm,导轨滚转角误差变化范围为-32.5″至8.6″时,本方法与标准中的水平仪法比对残差在±1.5″左右,验证了该测量系统的可行性和所提出的补偿方法的有效性。提出的导轨滚转角测量方法充分考虑和减少了基准平面平面度误差的影响。此外,所提方法可以实现在线测量,可以与其他电涡流位移传感器相结合,组成结构简单、测量精度高、抗干扰能力强的多自由度在线测量系统。

基于滚轮式伸缩的被动激光跟踪测量系统搭建及其误差分析与补偿

提出一种基于滚轮式伸缩的被动激光跟踪测量系统,称为滚轮式被动激光跟踪测量系统,其伸缩部件采用滚轮配合双滑杆的方式实现径向伸缩运动,工作时伸缩部件末端的标准钢球通过磁力吸附于被测目标上,被动跟踪被测目标从而测量目标点空间位置。为了使其精度满足要求,全面分析了其主要误差项,基于多体系统误差理论进行误差建模,并分步对误差模型参数进行标定:采用“双镜法”测量转台两旋转轴的不垂直度和离轴量,利用高精度线性模组测量光轴与转台两旋转轴的离轴量和不垂直度,最后进行误差补偿,并进行补偿前后空间定位精度验证。验证结果表明,在测量范围内,沿线性模组竖直方向空间定位精度由585μm提高到149μm,水平方向空间定位精度由686μm提高到152μm。

基于电涡流传感器的机床导轨运动误差在机测量方法

机床导轨运动时产生6个自由度的误差,在机检测其多自由度误差一直是难点。本文提出了一种嵌入电涡流位移传感器的直线导轨多自由度误差在机测量方法,在机测量导轨的两个直线度和滚动角。研究了参考基准的参考面误差以及安装平行度误差对测量结果的影响,提出了标定和补偿方法。并通过该装置的静态与动态对比实验表明,导轨行程200 mm时,直线度误差的对比残差为±3.7μm,滚动角的对比残差为±5″。证实该装置可有效测量导轨运动误差,为多自由度在机测量系统的发展提供了研究基础。

光电水平仪的新型设计与平面度测量

在机床导轨调整、小角度测量及直线度与平面度测量等应用中,水平仪是一种重要测量工具。基于光的折射与反射原理,设计了一种光路简单、易于调整、结构稳定、精度较高且低成本的双轴光电水平仪。首先,介绍了水平仪的角度测量原理、光路及结构设计,并对光学件的夹具底座和水平仪整体结构分别进行了热变形分析与模态仿真分析。然后,进行了水平仪的标定实验、稳定性实验及测量重复性实验。最后,提出了一种简单、快速测量平板平面度的新方法,并进行实验验证。实验结果表明:水平仪两个方向在±100″量程内的标定误差均小于±0.6″;漂移量小于0.5″/h;测量重复性为0.4″;测得平板玻璃局部平面的平面度误差值为23.742μm。

过盈连接组件超声辅助压装减摩分析

过盈连接组件采用传统压入式方法装配时,由于组件界面间摩擦力较大,造成磨损严重,装配后连接力降低。为了减小过盈连接组件压装时的摩擦力,提出一种超声辅助压装技术。试验表明,在压头上施加轴向超声振动可以显著降低组件压装过程中的界面摩擦力。实验结果显示,过盈量越小,超声振动冲击带来的减摩效果越明显。当过盈量为14μm时,引入超声振动冲击后的摩擦力可减小29.12%。采用Abaqus软件建立过盈连接组件二维轴对称有限元模型,探讨不同过盈量的过盈组件在超声振动冲击影响下的界面摩擦行为。将仿真计算得到的摩擦力与实测值进行比较,仿真值与实验测量值相符,模型合理。然后利用该模型仿真分析超声压装过程中的振幅、频率、压装速度、过盈量、摩擦系数和减摩率的关系,结果表明:压头振动频率和压装速度对减摩率无影响;一般引起摩擦力增大的因素(过盈量增加、摩擦系数增加)都会使减摩率降低;其它因素不变时,压头振幅增加,减摩率增加。

3D激光球杆仪伸缩导轨运动误差调整与测量

伸缩装置作为3D激光球杆仪的主要部件,其运动精度影响3D激光球杆仪俯仰角和偏摆角的测量值,为克服精密伸缩装置加工困难且成本较高的缺点,获得满足3D激光球杆仪测量精度的伸缩装置,提出以导轨为组件的伸缩导轨运动误差的调整和测量方法。该方法以直线度误差作为伸缩导轨运动精度的测量指标,采用自制准直仪进行伸缩导轨运动误差测量与调整。首先,通过标定实验和稳定性实验验证准直仪的测量可靠性。然后,以准直仪为测量基准进行导轨直线度误差测量,以导轨直线度调整方法为依据进行导轨直线度调整。最后,组装伸缩导轨,逐一运动各层导轨完成伸缩导轨运动误差测量;采用最小二乘法拟合得到上、下导轨与光轴在XR和YR平面的平行度误差,并计算上导轨和下导轨在XR和YR平面的平行度误差;调整上导轨角度,使上、下导轨平行,完成伸缩导轨运动误差调整。实验结果表明:上导轨X向和Y向直线度误差分别由44μm和439μm降到20μm和14μm,下导轨X向和Y向直线度误差分别由45μm和158μm降到25μm和37μm,伸缩导轨X向和Y向直线度误差分别由105μm和281μm降到47μm和48μm,达到提高精度的目的。

一种微棱镜角度误差测量系统的研究与应用

微棱镜反光膜内部角锥结构的角度精度是影响反光材料反光强度变化的主要因素,目前国内微棱镜反光膜生产商主要采用常规共聚焦显微镜图像识别的方法测量微棱镜的角度误差,但此方法检测效率过低,很难达到实际的测量需求。为有效克服上述检测方法的缺点,建立了微棱镜角度误差光学测量的数学模型,并提出了一套基于自准直仪的光学测量系统。在测量实验前对测量装置进行灵敏度标定实验与稳定性测量实验,实验数据表明该测量系统精度较高,可用于微棱镜角度误差的测量。最后利用该测量系统可快速实现对微棱镜反光阵列角度误差的测量,试验表明,相比于常规共聚焦显微镜图像识别的测量方法,本测量系统测量效率更高,可以满足实际生产中的测量要求。