数控机床工作台DSP定位误差系统设计及分析

为进一步优化数控机床对于测试误差的补偿功能,开发通过DSP硬件系统对误差进行准确预测并设置补偿措施。建立的定位误差模型预测补偿系统包含数控系统进给轴反馈结构、DSP建模预测系统以及数控系统。研究结果表明,采用Matlab软件运行得到的优化权值与阈值建立的GA-BP网络进行误差预测共需251μs;采用GA-BP网络构建的模型进行预测时达到了更高精度。该研究有助于提高数控机床加工精度,对提高加工参数的优化起到很好的指导意义以及控制效果。

考虑空间位置差异的机床直线轴定位误差快速辨识方法

机床直线轴在空间不同位置处的定位误差难以全面快速测量,而机床加工过程中工件安装位置各异,单一位置的定位误差测量结果难以全面客观反映机床直线轴和工作空间的真实精度;同时,空间体对角线误差测量需长时间的光路调整,亦大幅降低了测量效率。为此,本文提出考虑空间位置差异的机床直线轴定位误差及空间体对角线误差快速辨识方法。该方法基于多站分时测量原理,采用激光跟踪干涉仪测量三轴机床的空间误差,根据空间误差差异辨识不同位置处的直线轴定位误差;同时,通过测量点与初始点理论距离与真实距离偏差计算空间体对角线误差,进而全面评估机床空间精度。相较于传统测量方法,该方法可快速辨识不同空间位置处的直线轴定位误差和工作空间体对角线误差,为机床直线轴和空间精度的快速测量和综合评价提供了一种新的思路和方法。

一种适用于多列车虚拟编组控制系统的列车定位误差估计方法

[目的]虚拟编组技术对列车定位精度和准确性的要求极高,传统定位技术手段难以满足虚拟编组SIL4(安全完整性等级为4级)的安全需求,因此有必要对定位算法进一步研究,估算出更加精确的定位误差包络,缩短虚拟编组追车距离,提高编组安全性。[方法]基于传统列车定位技术,将定位过程拆分为列车测速、测距与初始定位3个部分,基于定位过程各部分中所存在的误差因素,提出一种新的列车定位误差包络计算方法,采用数理推导的方式,分别对各类误差因素进行推导计算,得到定位过程各部分的上下界包络。[结果及结论]所提方法充分考虑了列车测速、测距与初始定位中的误差因素,使得定位误差上下界包络更加精确,降低传统定位误差计算的保守性,同时所提方法能够满足SIL4要求,满足虚拟编组控制系统在近距离追车场景下的安全需求,并进一步缩短追车距离,提高运输效率。

基于坡度检测与点密度自约束调整的LOLA地理定位误差校正

月球轨道器激光高度计(Lunar Orbiter Laser Altimeter, LOLA)是目前月球探测中获取数据量最大、精度最高的激光高度计,可为其他月球产品提供地理控制。然而由于定轨不确定性和激光指向偏差,部分激光剖面存在地理定位误差。针对这些异常轨道数据,提出了一种改进的激光自约束调整方法。首先基于坡度将与周围地形差异过大的激光剖面识别为异常轨,并使用其余轨道作为参考对其进行基于点密度的自约束轨道调整(根据参考点密度自动选取合适的调整策略),最后合并两类轨道数据并进行最终调整,再将其作为改正后的结果。交叉点分析结果表明,该方法能有效校正异常轨道,从而提升数据精度。

基于GA-BP网络的数控机床工作台定位误差分析

为了提高数控机床对测试误差的补偿效果,开发一种通过遗传算法(GA)来完成BP网络的优化过程,并加入坐标参数、运动速度指标,建立工作台的定位误差仿真模型。先通过Matlab软件构建得到GA-BP模型,得到优化权值与阈值后,再将结果移植至DSP内开展建模与预测,由此促进预测速率的大幅提升。研究结果表明:以DSP构建的预测系统对各定位误差残差分布进行预测得到的范围是-0.69~0.51μm。采用GA-BP网络构建的模型进行预测时达到了更高精度。

用于超精密抛光机床的Spline+GLS定位误差补偿模型

针对三次样条插值定位误差补偿模型难达到超精密抛光机床大行程轴(1470 mm)的定位误差补偿精度要求问题,提出Spline+GLS定位误差补偿模型。首先,使用XL-80激光干涉仪测量超精密抛光机床直线电机轴的定位误差,建立三次样条插值定位误差补偿模型进行初补偿;然后,对补偿后的定位误差再次测量并建立最小二乘拟合定位误差补偿模型;最后,将两种定位误差补偿模型相连构成Spline+GLS定位误差补偿模型。在超精密抛光机床上进行补偿实验,结果表明,Spline+GLS定位误差补偿模型补偿后的最大定位偏差值较三次样条插值定位误差补偿模型下降约61.62%,且定位误差由86.12μm降低到0.5μm,满足超精密抛光机床的定位精度需求。

面向对象的数控机床XY工作台动态定位误差分析与建模

为研究切削力和速度共同影响下对数控机床XY工作台动态定位误差的影响规律,全面分析了XY工作台在切削力影响下的动态误差特性。建立了由滚珠丝杆组件、导轨系统、工作台台面和摩擦力等误差源所引起的动态定位误差分量精确计算模型,推导了XY工作台动态定位误差理论模型。根据其理论模型可知,切削力、运动速度和摩擦力是导致XY工作台动态定位误差的主要来源。通过对切削力下动态定位误差理论模型计算和仿真分析,验证了该理论模型的有效性,证明了切削力对工作台的动态定位误差存在影响,且在不同切削力下工作台运动速度为4mm/s时动态定位误差最小,将该速度定义为最佳运动速度。其研究结果为建立数控机床的定位误差预测与补偿模型,提高加工精度奠定了良好基础。

基于GA-BP的圆形靶标圆心定位误差预测建模与补偿研究

利用圆形靶标进行相机标定时,靶标成像效果会随着不同的相机拍摄位姿呈现为椭圆,因此利用常规圆心定位方法得到的图像圆心坐标并非真实圆心在图像中的成像位置,直接利用该圆心图像坐标进行相机标定的标定精度不高。针对此问题,提出了一种先对圆形靶标图像圆心定位误差进行预测建模,然后进行误差补偿来提高圆心定位精度的方法。首先,建立圆形靶标成像图的仿真图像集;其次,对图像预处理并利用椭圆拟合法定位图像中的圆心坐标;再次,构建并训练GA-BP神经网络,建立圆心定位误差与相机镜头位姿之间的关系模型;最后,通过误差补偿策略对定位的圆心坐标进行误差补偿。实验结果表明,所构建的GA-BP神经网络模型对圆心定位的横、纵坐标的误差预测精度明显优于BP或者E-R模型,其MAPE,RMSE,R 2分别为5.51%,0.0048,0.9996和6.14%,0.0964,0.9998。误差补偿后的圆心定位精度更高,验证了采用误差预测建模和误差补偿的方法提高圆心定位精度的可行性,为高精度相机标定任务提供了方法支撑。

定位误差影响下的配对进近纵向碰撞风险研究

近距平行跑道(closely spaced parallel runways,CSPRs)配对进近纵向碰撞风险研究对评估配对进近程序的安全性至关重要,其中定位误差又直接影响配对进近纵向碰撞风险。针对以往研究中缺乏对定位误差分布的实际数据的拟合,进行基于实际数据拟合的定位误差影响下的配对进近纵向碰撞风险研究。根据配对进近的实施流程,建立配对前后机纵向间隔随时间变化的运动学模型。对于飞行过程中定位误差,采用实际航空器定位误差统计数据拟合定位误差分布。基于广播式自动相关监视(ADS-B)数据,对航空器最后进近阶段的纵向定位误差进行拟合分析,匹配出适配程度最佳的分布——正态分布。分别研究配对2架飞机机身之间的碰撞风险和前机尾流与后机机身之间的碰撞风险,确定每类碰撞风险模型中积分区间上下限。在正态分布的基础上结合配对进近2架飞机的运动过程,建立配对进近纵向碰撞风险评估模型。收集2020年12月上海虹桥机场B737-800机型相关参数数据并进行算例分析,对给定初始纵向间隔分别为926 m和2778 m时,机身碰撞风险(P_(x1))和尾流碰撞风险(P_(x2))随时间的变化进行计算仿真,同时进一步仿真分析不同起始纵向间隔与P_(x1),P_(x2)以及总体纵向碰撞风险最值之间的关系。结果表明:(1)初始纵向间隔为926 m时,随着时间的增长,P_(x1)逐渐减小,P_(x2)逐渐增大,且P_(x1)远大于P_(x2);(2)初始纵向间隔为2778 m时,结果相反;(3)P_(x1)随初始纵向间隔的增加逐渐减小;(4)P_(x2)随初始纵向间隔的增加逐渐增大;(5)前后机的总体纵向碰撞风险随初始纵向间隔的增加有先减小后增大的规律,当初始纵向间隔小于2136 m时纵向碰撞风险主要取决于前后2架飞机机身在纵向上的碰撞风险,反之则取决于前机尾流与后机机身之间的碰撞风险。

基于贝叶斯神经网络的船用惯导定位修正方法

船用惯性导航系统(inertial navigation system, INS)通常采用与全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)组合导航的方式提高其长时间工作的定位精度。当GNSS失效时,其定位误差将随时间迅速发散。针对这一问题,设计了采用反向传播神经网络(back propagate neural network, BPNN)、根据INS原始输出数据拟合修正经纬度的定位修正方案,提出了基于Bayesian算法更新网络权重系数的方法,结合理论分析和试验研究确定了神经元个数与训练数据集的分配方案。实船试验结果表明,当GNSS失效时,在后续2 h,通过24 h历史数据训练得到的神经网络修正INS位置,相比INS独立工作时的定位误差,修正后误差均值下降了63%,误差最大值下降约50%,最小值下降至0。

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明:采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数F_(sum)采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有F_(sum)良好对应关系;在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率提供参考。

基于震源机制与定位误差校准的冲击地压危险预测方法

冲击地压智能监测技术迅速发展大背景下,如何利用海量微震监测信息挖掘震源破裂性状并将其应用于冲击地压的预测预警或防控是未来研究的重点与难点。为解决目前微震群破裂机制聚合规律挖掘不充分、震源机制反演技术难以直接应用于冲击地压的预测预警难题,采用理论分析、数值仿真等手段研究建立基于震源机制与定位误差校准的冲击地压危险预测方法。以内蒙古某冲击地压矿井大能量矿震事件频发2215工作面为研究背景,总结了煤矿微震波形数量有限、噪声影响大、反演效率要求高的特点,比较分析了不同矩张量方法反演震源机制的特点及优缺点,确立了混合矩张量反演法更适用于煤矿应用场景;2215工作面顶板破断诱发事件以拉剪以及压剪破坏为主;大能量事件发生前微震事件剪切成分占比不超过40%,顶板破断主导的微震事件走向角主要分布于3°~80°以及150°~270°,倾角主要分布于70°~90°,存在明显的集聚特征;基于煤矿常见的震源破裂机制及定位误差分析了微震事件聚合的可能性并建立了微震聚合准则,构建了基于震源破裂机制及定位误差校准的危险预测方法及指标;预测实例结果表明考虑震源破裂机制及定位误差后可显著增强微震异常聚合区的识别;微震数据较为完整情况下,基于震源破裂机制及定位误差校准的危险预测指标IP阈值设置为0.7时可实现对不同破裂类型大能量事件的准确预测。

基于DH法的数控伺服平台定位误差补偿策略

针对某型号固体材料推进剂生产过程中出现的加工误差和安装误差问题,提出一种定位位置误差补偿策略。利用机器人领域常用的DH法对其进行运动学建模,将建模参数误差看作随着驱动指令变化的变量,以三坐标测量仪为测量工具,对直线轴和旋转轴实际的轴线方程进行辨识,重新建立各杆件实际坐标系的状态矩阵,拟合出实际齐次坐标变换矩阵各元素误差与给定驱动指令的关系曲线,并对理想齐次坐标变换矩阵进行补偿。仿真结果表明:补偿后定位位置误差能下降约40%,验证了方法的有效性。

一种定位误差的新定义及计算方法

对于复杂工件和多样化定位方案,传统的定位误差计算方法在适用性和正确性方面存在问题。基于定位元件的几何特征及其与定位要素的几何关系,提出理论基准和源几何量概念,进而提出定位误差的一种新定义和计算方法。采用所提出的计算方法,建立基准关联图描述工序基准与理论基准之间的几何关系,对几何关系进行数学建模,实现定位误差的分析与计算。对比传统定位误差定义、计算方法和所提出的新定义、计算方法,确认所提出的定位误差新定义和计算方法可以完善并简化定位误差的分析计算过程。

工件载荷对机床定位误差的影响分析及补偿研究

影响机床精度的因素众多,其中,工件载荷对机床产生的误差同样不可忽视。通过对机床的受载情况进行静力学分析,并利用激光干涉仪对机床的定位误差及其他各项几何误差进行测量,其结果显示,工件载荷对机床的几何误差存在很大影响,尤其在定位精度上,加载100 kg与空载相差10%左右,并且在进行误差补偿之后,这一差距会提升到40%左右,在此基础上提出了结合载荷的定位误差补偿方法。该方法解决了螺距误差补偿在实际工况下会产生欠补偿或过度补偿的问题。

四象限探测器非均匀性定位误差分析及矫正

为了减小四象限探测器系统定位误差影响以提高探测精度,在探测器输出电压与偏移量计算的基础上,使用对角算法以增加计算的有效线性区域范围,针对背景光噪声、暗电流噪声与四象限非均匀性建立算法模型,设计能够修正模型中各类误差影响的软件算法,改进了系统定位误差参数的标定方法,搭建实验平台计算标定修正后的偏移量,并与实际偏移量进行对比,修正后定位误差影响可由15%减小至10%内。实验验证表明经改进后的算法可以提高四象限探测器检测精度。

基于激光陀螺测角仪的转台角定位误差多点测量与补偿方法

目的:提高激光陀螺测角仪测量转台的角位置精度,实现转台的全圆周内任意角度测量与补偿。方法:采用全新测量方式,利用环形激光原理实现转台任意角度高精度测量。首先提出激光陀螺测角仪进行多位置平均的偏置标定方法;然后采用激光陀螺测角仪进行全圆周小角度范围测量,并得到角位置误差函数;最后以自准直仪数据为真值作比对。结果:激光陀螺测角仪测试转台的精度由0.6″提高到了0.3″,并且实现转台在全圆周范围内测角精度为0.3″。结论:多位置平均的偏置标定方法能够有效地提高激光陀螺测角仪的测量精度,并且可以对转台进行全圆周任意角度的测量。

基于5G通信技术的巡逻机器人定位误差自动补偿方法

以提升巡逻机器人执行巡逻任务能力为目的,提出基于5G通信技术的巡逻机器人定位误差自动补偿方法;该方法在巡逻机器人工作区域架设5G无线通信网络,并将AD7380型号位置传感器安装在巡逻机器人上,利用位置传感器获取巡逻机器人工作时的位置信息后,利用5G无线通信网络将其传输到用户PC端,得到巡逻机器人位置采样点数据;接着采用小波分析对采样点数据进行去噪,并以该数据为基础,使用拉丁超立方采样方法描述巡逻机器人在其巡逻空间内的位置,得到巡逻机器人空间位置数据;再依据巡逻机器人空间位置数据,计算该机器人预设目标点误差矢量,并构建巡逻机器人定位误差补偿模型,利用该模型补偿巡逻机器人定位误差;实验结果表明:该方法可全面获取巡逻机器人在其巡逻空间内的位置信息,可有效且精准的对其定位误差进行自动补偿,使巡逻机器人定位误差保持在可允许范围内,应用效果较为显著。

基于UG的一面三销过定位结构应用

轮架类零件通常具有较高的尺寸、几何公差等技术要求。传统一面两销定位系统采用间隙配合,导致定位误差大,零件的加工精度不稳定。过定位具有双面性,一方面违反六点定位原则,影响装夹和定位;另一方面,处理得当可以提高零件的刚性和加工精度。正确分析和处理过定位,在提高定位精度的同时,不影响工件的装卸,这是过定位夹具合理设计的关键。借助UGNX软件的装配和运动仿真功能,可以直观地展现配合间隙对不同位置的圆孔定位误差的影响。定位误差改善后的双胀式一面两销结构,定位精度有所提高,但仍然有其局限性。对多孔系的轮架类工件而言,选用合理的一面三销过定位方法,比一面两销定位方法具有更高、更稳定的定位精度。

汽车轮毂柔性加工夹具的定位误差分析

设计汽车轮毂柔性加工夹具,需解决定位误差分析问题,通过精准计算误差实现夹具结构合理设计,有效提高轮毂加工精度。在分析汽车轮毂加工工艺和夹具结构的基础上,针对柔性加工夹具定位方案进行了探讨,通过建立定位模型确定夹具定位误差计算方法,并通过MATLAB软件完成夹具定位误差运算,最终确认了夹具位置、姿态误差,为优化夹具定位方案提供依据。