High Accuracy On-line Measurement Method of Motion Error on Machine Tools Straight-going Parts

Harmonic suppression, non-periodic and non-closing in straightness profile error that will bring about harmonic component distortion in measurement result are analyzed. The countermeasure-a novel accurate two-probe method in time domain is put forward to measure straight-going component motion error in machine tools based on the frequency domain 3-point method after symmetrical continuation of probes' primitive signal. Both straight-going component motion error in machine tools and the profile error in workpiece that is manufactured on this machine can be measured at the same time. The information is available to diagnose the fault origin of machine tools. The analysis result is proved to be correct by the experiment.

转台运动误差分离与角度优化技术研究

为了解决测量转台运动误差时存在的多种误差耦合问题,提出了一种基于多点法的运动误差分离方法。首先,通过分析转台在回转过程中多自由度误差的运动特性,提出了一种端面四点误差分离方法,在分离出测量盘下表面的平面度误差的同时,可完成倾斜误差和轴向误差的解耦。然后,建立了该方法的误差传递函数,采用麻雀算法(SSA)进行优化,寻找不同阶次下受谐波抑制影响最小的最优布置角,提高了误差解耦精度。最后,通过仿真与实验的方式对该方法进行验证。仿真结果表明,端面四点误差分离方法对轴向、倾斜误差的分离精度(相对误差)分别为1.934%和9.177%。实验结果表明,分离的运动误差与转台标定误差相符合,验证了该方法能够精确获得转台运动误差。

分离式调控的高精度光束指向稳定系统

光束指向稳定系统基于对光束位置和角度的控制,能够实现对光束指向的高精度主动控制,在微纳光刻及超分辨成像等领域中发挥着重要的作用。为了实现光束的长时间指向稳定,提出一种分离式调控的小型化光束指向稳定系统,消除了传统方案中双反射镜校正带来的耦合误差,大幅度提升了光束指向精度的控制性能。对比测试结果表明,基于该方法的光束指向稳定系统对光束位置的稳定精度(RMS值)可达0.3μm,角度稳定精度(RMS值)达到1μrad;施加一定幅度的主动扰动后的测试结果表明,该系统在较大的光源抖动下仍能保持同一量级的稳定精度。相比于同样测试条件下的两种商业化光束指向稳定系统,其位置抖动与角度抖动性能可提高50%以上。

基于频域——时域的机床直行部件运动误差在线测量

提出了以频域三点法求得的直线度误差为递推叠代初值的精确时域两点法测量机床直行部件运动误差的新方法。频域三点法所使用的测量数据是通过把传感器拾取的原始数据做对称延拓预处理后得到的 ,这样就可以避免经典频域三点法测量直线度误差时 ,由于直线度误差的非周期性、非封闭性以及端点不连续而引起的高阶谐波分量失真边缘效应。同时 ,利用现代控制理论分析了经典频域三点法的谐波抑制特性。

小范围回转轴系感应同步器测角系统的误差分离技术

利用 391齿盘、平面反射镜及自准直仪测量了某一小范围(50°)回转轴系的圆感应同步器测角系统的角位置误差,利用测角系统的误差特性,建立了回归误差模型,并通过最小二乘法得出了圆感应同步器一个节距内的一次谐波和二次谐波误差,根据误差的幅值和相位,采用硬件补偿技术,使圆感应同步器测角系统的误差大大降低。

机床直行部件运动误差测量的精度分析与对策

分析了经典频域三点法测量直行部件运动误差时所存在的谐波抑制 ,直线度误差的非周期性、非封闭性以及端点不连续而引起的高阶谐波分量失真等方法误差。为了减少上述方法误差 ,提出了一种新的时域两点法误差分离技术。首先对传感器拾取的数据做对称延拓 ,这样可以减小由于所采信号的非封闭性所引起的高阶谐波失真。利用频域三点法得到时域两点法所需要的叠代初值。采用现代控制理论研究了谐波抑制的产生机理。通过合理地配置传感器的安装位置可以优化测量系统的传递特性 ,减少谐波抑制的发生。该方法既可以得到机床直行部件的运动误差 ,又可以得到在该机床上加工零件的直线度形状误差 ,这些测量信息都有助于诊断机床的误差源。

用水平仪测试倾角回转误差的数据处理

针对用水平仪测试竖直轴系倾角回转误差的数据处理方法存在的缺陷,在竖直轴系上建立一系列坐标系,推导水平仪坐标系相对于基准坐标系的姿态关系,阐述用水平仪测试倾角回转误差的原理.对数据进行傅里叶分析后,准确地分离出了回转轴线对水平面的垂直度误差,扣除这个垂直度误差之后,处理出的回转误差中保留了部分一次谐波误差和全部二次谐波误差.通过一组实测的数据证明了本文的数据处理方法比传统方法更为合理.

直线度的高精度测量

提出采用两个测头加一个自准直仪的测量装置进行直线度的测量 ,误差分离技术采用“自然延拓”的方法从测得的差分值中重构工件轮廓 ,这种频域方法适应光滑和粗糙表面的测量 ,并允许采用大的测头间距。通过采用该测量系统和误差分离技术就可以高精度测量直线度。仿真结果表明该测量方法具有很高的重构精度 ,并采用该方法对自制的大理石超精密机床的直线度进行了检测。

惯性元件的失准角分离技术研究

针对陀螺仪和加速度计存在失准角的问题,采取误差分离技术,设计了简单、高精度测试失准角的方法.对失准角进行了定义,利用方向余弦阵的基本性质,从小角度的原理推导了惯性元件失准角的二维分解表达式,在测量陀螺仪的失准角时,对安装误差、夹具误差和失准角误差进行了误差分离.针对加速度计失准角的测试,设计了简易的测试方法,有效分离了加速度计的失准角以及夹具体的安装误差.对一个半球谐振陀螺仪和一个石英加速度计的失准角进行了实测,标定精度达到角秒级,验证了采用误差分离技术的测试方案的正确性,提高了失准角测试精度.

机械零件形位误差自动测量实验系统

提出应用误差分离技术对现有机械零件形位误差实验设备进行改造的方法 ,使现有设备的测量技术先进、测量误差项目多。

机床直行部件运动误差的在线测量

提出了采用精确时域两点法测量机床直行部件运动误差的新方法。该方法可以克服利用经典频域三点法测量直行部件运动误差时,由于误差的非周期性、非封闭性以及端点不连续而引起的高阶谐波分量失真等边缘效应。另外,该方法既可以得到机床直行部件的运动误差,又可以得到在该机床上加工零件的直线度形状误差,这些测量信息都有助于诊断机床的误差源,以提高机床的加工精度。

基于盲源信号分离的加工误差分离方法研究

针对当前加工误差分离方法无法分离相近尺度系统误差的缺点,提出了一种基于独立成分分析的加工误差分离方法。建立了各误差源所导致的系统误差和总的系统误差之间的传递模型;根据盲源信号分离相关理论,建立了基于负熵固定点算法的加工误差分离模型,实现了相近尺度的系统加工误差分离,并利用主成分分析法给出了误差源数量确定的方法。以某陀螺仪的某加工面加工误差分离为例对所提出的方法进行了验证,结果表明所提出的误差分离方法可有效实现相近尺度的加工误差分离。

改善多步法谐波抑制的新方法——鉴相法

分析了回转基准中存在的问题和多步法误差分离技术的原理误差 ,提出鉴相法误差分离技术。该技术较显著地扩展了无谐波抑制范围 ,且使测量过程和测量系统大为简化 ,是建立纳米精度回转基准的一种较理想方法。

超精密工件在线直线度多传感器测量方法

在超精密加工中 ,用多测头方法测量工件直线度时 ,需要采用误差分离的方法分离出溜板的运动误差 ,并用一定的算法重构工件表面的直线度 .介绍了现有的各种算法 ,提出了两种新的无理论误差的精确算法以重构工件的直线度 .该算法适应于两点法或三点法测量长短工件 ,能评价任意 (包括光滑、非光滑、周期和非周期等 )表面 ,并允许采用大的测头间距 .仿真及实测结果表明了算法的优越性 。

EST法测量机床导轨直线度误差分析

根据误差分离技术(EST)的基本原理,在超精密加工技术的发展对误差分离技术所提出的新要求基础上,采用时域双测头误差分离法测量导轨直线度误差,定量分析了传感器及安装引起的误差,测量方法引起的误差和测量环境对结果的影响,并进行实验分析。研究结果表明,采用双测头法测量直线度误差的方法实用可靠,计算简单,数据处理时间短,对于大型机床的测量能够满足测量精度的要求,为数控机床空间曲面加工的在线测量、误差补偿提供依据。

精度理论若干问题研究进展与未来

概括分析现代精度理论中的精度评定、误差分离与修正技术、全面误差源分析理论与建模、全系统动态精度理论等问题 ,并指出它们的发展趋势。

砂轮磨损量及钝化程度的在线监测系统的研究

介绍了一种以液压法为基础,结合差压技术和误差分离技术来对砂轮的工作表面进行在线检测的系统。该系统利用误差分离技术和差压技术克服了传统液压法的缺点。设计了监测系统中的喷嘴,并发现对置安装传感器有利于提高系统的测量精度。为证明该系统的合理性,对其进行了仿真验证。

基于谐波理论的轴孔特征误差分离与表面形貌预测

轴孔零件作为机械产品中应用最为广泛的核心零件趋于向高精度、高强度、多元化方向发展,其质量控制和质量评价至关重要。针对轴孔零件的形位误差分离问题,在研究了传统的误差分离技术和谐波理论的基础上,提出了轴孔零件形位误差的谐波分离方法。根据在零件上测得的周期性数据,分析了各次谐波误差的产生机理,提出了控制低次谐波误差的措施。利用空间点矢量法获得了测量点实际位置,结合拟合算法对零件表面形貌进行了预测。通过实验验证了形位误差谐波分离和表面形貌预测方法的准确性和合理性,为轴孔零件的表面质量评价和预测提供一种新的思路。

EST法测量机床导轨直线度的虚拟测量仪

根据EST法的基本原理,利用虚拟仪器技术,构建一种基于LabVIEW软件平台的直线度测量系统。介绍了虚拟测量仪系统的构成和测量原理,详细讨论系统的硬件组成和软件设计,可以实现数据的采集、处理、保存以及数据曲线拟合。

四加速度计组合的测试方法研究

探讨了将四只加速度计在分度头上标定其误差模型系数的方法。通过推导分度头角位置误差与各加速度计输出、误差模型系数之间的关系,计算出分度头角位置误差不影响标定因子的标定精度,分度头角位置误差的二次及以上谐波成分对加速度计误差模型系数的标定结果也没有影响,即仅有角位置误差的一次谐波影响标定精度。针对分度头角位置误差进行检测,可分离出角位置误差的一次谐波,将其进行补偿后可进一步提高误差模型系数的标定精度。仿真分析验证了该测试方法的有效性。