触发式测头在机标定方法研究

触发式测头是触发式在机测量系统的重要组成部分,对测头进行有效标定可以提高在机测量精度。触发式测头在机标定包括测头预行程误差标定和测头空间位置标定,为剥离测量系统空间误差,基于齐次坐标变换建立测量系统空间误差模型,在此基础上提出了利用标准球进行标定的触发式测头预行程误差标定方法和测头空间位置标定方法。对基于金刚石车床的触发式在机测量系统进行测头标定,利用在机测量系统对平面、柱面与球面特征进行在机测量,测量结果验证了标定方法的有效性。

基于误差隔离的触发式测头预行程标定方法

触发式测头是在机测量系统的主要组成部分,其预行程会计入测量结果从而影响测量精度,因此有必要对其在实际工况下的预行程进行标定并补偿。在分析预行程产生原因的基础上,提出了一种全新的预行程定量标定方法,它通过在实际工况下检测探针与工件接触状况及接触时刻与测头触发时刻之间工件相对测头位移变化而标定出预行程,有效避免了机床伺服系统误差、机床几何及运动误差、探针测球圆度误差、标定体制造误差等因素对标定结果精确性的影响。标定了某高精密测头在实际工况下的预行程,并依据标定结果,完成了触发式测头预行程补偿实验。补偿结果表明,该标定方法实施简单、可行有效,标定精度高。

多传感器测量系统的联合标定

将坐标测量机与单目视觉测量系统组合起来,提出了一种触发式测头与视觉测头联合标定的方法。选用内孔径为4mm的光面环规作为标定件,并利用转台、精密滑台配合视觉系统进行环规成像面的调整;然后,利用视觉测量系统提取环规内孔圆心图像坐标,包括设置图像的感兴趣区(ROI)、二值化、形态学去噪、亚像素边缘检测和利用最小二乘法提取圆心的图像坐标。通过拟合内孔圆柱面找到轴线,并利用接触传感系统提取相同位置圆心仪器坐标下坐标;最后,采用最小二乘法求解相关方程,完成联合标定。试验验证显示,该标定方法的标定精度高于6μm,优于已有的标定方法,能够满足测量系统联合测量的精度需要。

原位检测系统中触发式测头的误差分析与补偿

在分析了原位检测系统中触发式测头误差来源的基础上,提出了自动调整测头偏心的方法,并用标定球对测头的实际作用半径进行了校准。同时,面向实际测量任务,提出了基于在线标定和双线性插值技术的逐点测头半径补偿方法,实验验证,所提出的半径补偿方法比商用软件提供的方法更准确,提高了测量结果的准确性。

基于模糊神经网络的接触式测头动态误差补偿

测头动态误差严重制约高精度坐标测量机发展,为此,提出基于模糊神经网络的测头动态误差补偿方法以提高测量精度.首先利用三坐标测量机测量标准球和标准环规得到训练样本和测试样本,然后分别使用训练样本和测试样本对接触式测头动态误差进行建模和补偿,最后与BP神经网络模型和静态误差模型进行比较试验.结果表明,经模糊神经网络模型补偿后误差从4.6μm减小至1.3μm,精度提升70%以上;模糊神经网络对测头动态误差具有更好的补偿效果和稳定性.证明模糊神经网络模型能够有效提高测头的动态测量精度.

用激光干涉仪测量三坐标测量机的动态特性

提出了一种用激光干涉仪测量三坐标测量机动态误差的方法，分析了激光干涉仪的测量原理并分别对扫描测量和触发测量中的动态误差进行了模拟测量．实验结果表明，运动中的加速度产生的附加惯性力是产生动态误差的重要因素．由于惯性的原因，扫描测量中换向时产生的误差大约是同样条件下惯性力造成误差的２倍．

三维触发式坐标测量机测头误差分析与性能实验

阐述了基于光纤布拉格光栅原理的三维触发式坐标测量机测头传感系统及控制箱设计方法,从机械结构、传感信号解调系统以及测量过程中逼近速度和逼近距离等几个角度分析了测头误差来源。根据测头的设计参数要求进行了测头的灵敏度、复位性和测力等性能实验,结果表明该测头单方向重复定位精度为20 nm,灵敏度为50 nm,测量力小于5 mN。

触发式测头在确定工件坐标系中的应用

以三坐标立式加工中心和触发式测头组成的加工中心在线检测系统为例,介绍了触发式测头在确定工件坐标系中的应用原理,由检测程序自动控制完成工件坐标系的设定。同时在MAKINO立式加工中心上进行实验验证,实验结果表明:触发式测头的应用,大大地缩短了机床的辅助时间,提高了生产率。

采用触发测头进行曲面自动跟踪测量

介绍触发测头的工作特点，并提出一种新的采用触发测头进行曲面自动跟踪测量的方法．该方法采集速度快、精度高，可以应用在数控机床上实现工件的数字化采集，尤其适用于薄壁易变形工件的数据采集．

基于RBF神经网络的坐标测量机接触式测头动态误差建模研究

针对测量机接触式测头在动态测量过程中精度低这一问题，分析了测头的动态误差来源，并通过标准球的测量实验验证了影响测头动态测量精度的主要因素，其中逼近速率、测杆长度、测端直径是关键的3个影响因素。为了减小测头引起的动态测量误差，引入了RBF神经网络误差补偿模型，从而避免了传统误差模型中复杂的数学关系的推导。在Global Class 9158测量机上对标准球的测量数据建立了训练样本，并对标准环规的测量数据作为测试样本进行误差补偿。测试结果表明经过误差模型补偿修正后测量误差均值从3．5μm减小到1．3μm，并且模型稳定可靠。

数控机床在机检测中触发式测头误差变速补偿

针对机床触发式测头进行系统误差校正时,需要通过数控机床控制器进行计算,从而导致操作困难且精度不高的问题,提出了一种新的测头系统误差补偿方法。该方法可以通过修改该方向上的测量速度,来对给定方向上的测头预行程进行校正,从而显著降低测头的误差。由于可以离线计算所有测量速度,因此控制器无需进行任何运算。分别在实验室和真实在机测量环境中,使用三维触发式测头对所提方法进行了测试。研究结果表明:该方法能够通过误差变速补偿实现触发式测头在机测量,无需控制器的复杂计算并且将误差降低了大约10倍,测头的误差从16.8μm减小到1μm。

接触触发式测头触发力的理论分析

对用于三坐标测量机及数控机床的接触触发式测头在触测发讯时的触发力进行了理论分析和计算,得出了触发力的大小与其结构参数之间的关系,从而为触发式测头的误差补偿提供了理论基础.

用触发式测头实现工件在线监控

以牙轮牙掌为例,研究了如何用触发式测头实现工件在线监控,并开发了相应的监控系统。实现了工件测量、数据处理、误差校正控制和加工一体化,大大提高了加工中心生产率和工件加工精度,降低了废品率。

数控机床在线检测系统触发式测头的预行程误差实验研究

触发式测头是数控机床在线检测系统的组成部分,在线检测过程中预行程误差不可避免,带有预行程误差的测量结果将影响产品检测精度。分析了触发式测头测量中预行程误差产生的原因,采用标准球的标定方法测量了预行程误差,从测量结果中剔除了机床运动误差,得到准确的预行程误差。通过多组测量数据,分析了预行程误差与测针杆长、测头运动速度及测量角度之间的关系。

用触发式测头实现牙掌在线检测

在SSK-U6035五轴加工中心上,利用触发式测头(英国雷尼绍的MP10工件测头)系统和相应的检测自动编程系统实现牙掌在线定位、测量、数据处理、误差校正控制和加工一体化,大大提高了加工中心利用率和工件加工精度,降低了废品率。同时增加了该机床的功能,提高了检测自动化的程度,并且为其他类型的工件检测提供了新的方法。

纳米三坐标测量机接触式测头触发控制

为高灵敏度纳米三坐标测量机(nano-CMM)接触式测头提出了一种高精度高效率的触发控制策略。该策略使用了一种自行研制的4-DVD接触式测头,工件接触测头产生的微小变形会导致测头产生灵敏度极高的触发信号。系统使用超声波马达整合不同驱动模式,实现了高速逼近和低速触发的有效结合。触发过程使用了二次触发策略,即第一次触发获得接触位置的范围,第二次触发用极低的速度,详细记录触发点附近的触发信号,并通过线性拟合的方式求得信号曲线转折点,即为触发位置。该方法解决了驱动分辨率和行程大小的矛盾。实验结果显示:该方法可以有效地避免测头系统的塑性形变,触发位置的重复性可在10 nm以内。结果表明,本文提出的nano-CMM接触式测头触发控制策略在保证精度和稳定性的前提下,表现出了良好的控制效率。

纳米三坐标测量机接触式测头预行程测量(英文)

提出了一种用于纳米三坐标测量机接触式测头预行程测量的方法.确定了预行程需侦测接触点和触发点两个关键点.为了对该高灵敏度的测头进行标定,整个实验系统需要3个基本条件:纳米级驱动器,高分辨率传感器和多级速度控制算法.本研究使用一种超声波马达HR4在同一平台上实现大行程粗略驱动以及微位移调整.位移测量使用光栅传感器LDGI(linear diffraction grating interferometer),其分辨率可达1nm.在测试过程中采用高速逼近和低速触发,使用"双触发"方式获得触发点位置.接触点位置的侦测使用开关电路.触发信号和位移信号由同一块数据采集卡同步采集.实验表明,使用该方法测量预行程,单方向重复性在±5nm以内.

在机检测触发式测头系统的误差分析与实验

测头系统的误差主要包括机械结构部分的误差、传感信号解调系统误差及测量过程中因探测速度等测量参数不同带来的动态误差。机械和传感信号误差由设备的硬件保证,在测量开始前可以通过有效半径校准进行误差补偿。而测量参数不同带来的动态误差则与测量过程的操作方法有关。首先介绍了测头系统误差的产生机理,搭建测头系统误差分析实验平台,通过改变测量参数观察测头系统误差并分析其成因,对比实验结果得到最佳的测量参数,可为在机检测技术研究实验提供参考。

接触触发式三维微纳米探头

为解决微电子机械系统(MEMS)器件三维尺寸高精度测量的难题,研制了一种适用于微纳米三坐标测量机的新型高精度三维接触触发式探头。该探头只用了一个基于四象限感测器的二维角度传感器即可同时实现对测球三维运动的高精度感测。介绍了探头的结构和原理,建立了探头的灵敏度模型和刚度模型,用最优化方法得出了探头结构参数的最优解。对探头的刚度、感测范围、灵敏度、稳定性及触发重复性等性能指标进行了测试。实验结果表明:探头的刚度在三轴方向基本相同,约为1 m N/μm;允许触碰范围超过12μm;灵敏度大于0.5 m V/nm;在恒温环境(20±0.025)℃下,1.3 h内的位移漂移量约为20 nm;触发测量重复性小于40 nm(K=2)。该探头具有精度高、测力小、体积小、成本低、装调方便等优点,可被用于微纳米三坐标测量机。

三元叶轮在机测量技术研究

针对工件在加工制造中,手工检测和离线检测存在的问题,提出对三元叶轮叶片型线进行实时监测和实时修正的在线测量方法。并以一个三元叶轮在线测量为例,将测量结果与三坐标测量机的测量结果进行对比,表明在线测量方法是一种快捷、有效和可行的方法。