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非正交系在线坐标测量系统的研究

2020-12-03阅读(65)

非正交系在线坐标测量系统的研究

论文摘要

在线测量技术是以数控机床(CNC)为载体,在生产加工过程中融入测量技术,以减少生产辅助时间的技术。生产加工过程中既要对加工工件进行测量,还要对刀具磨损状况进行监测,为了能够通过一次定位就可以对工件及刀具进行测量,本文开展了数控机床上非正交在线测量系统的研究。该测量系统是以关节机器人技术为基础,借鉴便携式关节测量机(PCMMS)的技术,对Unimation PUMA 560机器人的改进而来的四关节测量手臂。本文的主要研究内容如下:作者进行了四关节测量手臂的概念性设计,选用触发式测头组成测头系统;建立该测量手臂的运动学模型,利用齐次变换矩阵(D—H法)建立相应的运动学方程,通过图解法与Matlab工具软件两种方法对测量手臂进行位置仿真,验证了测量手臂的运动学方程;建立该测量手臂末端的误差分析模型,通过Matlab工具软件进行测量手臂末端的误差仿真,当该四关节测量手臂选用现有较精密的角度编码器时,其测量精度可以达到0.006mm,能够满足在线加工测量的要求;通过Pro/ENGINEER wildfire2.0 CAD软件建立了该四关节测量手臂的运动仿真模型,证明各杆件没有出现相互干涉现象,可以正常运动,该测量手臂在数控机床上的应用是可行的。本文研究的非正交系坐标在线测量系统对加工工件及刀具同时进行测量,不需要更换测头系统。因此,该测量系统能够保证工件加工精度,减少生产辅助时间,提高生产效率。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 坐标测量系统的发展现状
  • 1.2.1 正交系坐标测量系统
  • 1.2.2 非正交系坐标测量系统
  • 1.3 正交系坐标测量系统与非正交系坐标测量系统比较
  • 1.4 数控机床上在线测量技术的发展
  • 1.5 测头的分类
  • 1.5.1 接触式测头
  • 1.5.2 非接触式测头
  • 1.6 本文的研究内容及文章结构
  • 1.6.1 本文的主要内容
  • 1.6.2 本文的文章结构
  • 第2章 关节型非正交系坐标测量系统测量原理及系统模型
  • 2.1 坐标测量原理
  • 2.2 关节型非正交坐标测量系统模型
  • 2.2.1 测头位姿描述
  • 2.2.2 齐次坐标变换
  • 2.2.3 D - H齐次变换矩阵
  • 2.2.4 关节型非正交测量手臂运动学理想模型的建立
  • 2.3 关节型非正交坐标测量系统运动学的正问题与逆问题
  • 2.3.1 关节型非正交坐标测量系统运动学正问题
  • 2.3.2 关节型非正交坐标测量系统运动学逆问题
  • 第3章 关节型非正交在线测量系统的结构研究
  • 3.1 非正交系测量系统
  • 3.2 多关节坐标测量手臂的整体结构
  • 3.3 关节式坐标在线测量系统具体结构的概念设计
  • 3.3.1 四关节在线坐标测量手臂装配过程
  • 3.3.2 测臂材料选用及测臂质量平衡的考虑
  • 3.3.3. 在线坐标测量手臂自由度的选择
  • 3.3.4 关节型测量手臂的工作空间
  • 3.3.5 编码器的选择
  • 3.3.6 测头系统的选用
  • 3.4 四关节型坐标测量手臂的数学模型及运动学分析
  • 3.4.1.测量手臂数学模型的建立
  • 3.4.2. 测量手臂运动学分析
  • 3.5 测量手臂的运动学模型仿真
  • 3.5.1 图解仿真位姿图
  • 3.5.2 Matlab仿真实验
  • 3.5.3 两种仿真实验方法比较
  • 第4章 关节型非正交在线测量系统的误差分析
  • 4.1 加工及装配误差模型建立
  • 4.1.1 误差来源
  • 4.1.2 实际测杆末端位置坐标
  • 4.1.3 误差模型的建立
  • 4.1.4 误差模型的计算机仿真验证
  • 4.1.5 消除加工装配误差对测量精度的影响
  • 4.2 角度编码器精度导致的误差
  • n对误差的影响'>4.3 结构参数θn对误差的影响
  • n变化时测杆末端的测量结果'>4.3.1 关节变量θn变化时测杆末端的测量结果
  • n变化时测量结果的分析讨论'>4.3.2 关节变量θn变化时测量结果的分析讨论
  • 4.4 编码器误差对测量手臂末端误差的影响及编码器的选用
  • 4.4.1 编码器误差对测量手臂末端误差的影响
  • 4.4.2 编码器的选用
  • 第5章 非正交在线测量系统运动空间仿真分析
  • 5.1 Pro/ENGINEER运动仿真简介
  • 5.2 模拟仿真模型的建立
  • 5.2.1 测量手臂模拟仿真模型的建立
  • 5.2.2 在线测量系统模拟仿真模型的建立
  • 5.3 仿真结构分析
  • 5.3.1 测量手臂测量轨迹图分析
  • 5.3.2 在线测量系统测量轨迹图分析
  • 第6章 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 发表论文

    • 相关论文文献

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