论文题目: 三坐标测量机动态误差源分析、建模与修正技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 精密仪器及机械
作者: 马修水
导师: 费业泰
关键词: 三坐标测量机,动态误差,误差修正,动态校准,方法,二次莫尔条纹
文献来源: 合肥工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 现代制造业的发展对三坐标测量机提出了更高的测量速度和精度要求,但测量机的动态特性限制了测量机测量速度的提高,其原因是测量机动态误差对测量精度有较大影响。本文以测量机主要动态误差源分析为理论基础,以测量机动态特性分析实验为依据,对测量机在不同速度参数和空间位置时进行动态误差建模研究。并采用软硬件相结合的方法进行动态误差修正,以提高动态测量精度。 在对测量机触发运行模式下的动态特性进行实验研究的基础上,阐明了测量机动态误差的来源和构成。重点研究了测头系统、机体结构、测量系统对测量机动态误差的影响。对于测头系统,研究了测头系统动态瞄准误差的构成,提出等效测头作用直径的概念,分析速度参数对作用直径的影响,建立了理论模型。对于机体结构,研究了机体动态变形产生机理,建立机体结构动态变形与位移误差转换模型,从理论和实验上验证机体动态变形的空间相关性。研究了光栅测量系统光栅栅线刻划误差、光栅副误差、电子系统误差、温度误差,为研发新型的光栅测量系统奠定了基础。 研制高精度动态误差数据采集对比实验系统,用双频激光干涉仪作为高精度的动态测量基准,实时测量在不同速度下测量机各轴的实际位移,并与光栅系统的读数相比较,二者之差为单轴动态误差。根据ISO 230-2标准处理实验数据,分析不同速度下测量机单轴稳定性及轴之间的相关性,实现比现行静态校准方法更精确的动态校准。 按照《测量不确定度表示指南》所确定的框架,使用已被校准工件对测量机测量不确定度评定。同时,基于Monte Canto方法对坐标测量机动态测量不确定度进行评定,与按照动态测量不确定度A类评定和B类评定结果相比较,该方法对动态测量不确定度评定更符合实际情况。 在动态误差源分析、建模的基础上,采用软硬件相结合的方法进行动态误差修正的研究,用2次样条拟合和shape-preserving函数拟合修正动态误差,用二元线性回归建立不同测位与速度变化时测量机综合动态误差模型,以此来修正动态误差。基于二次莫尔条纹原理探讨了纳米测量精度光栅测量标尺,将有可能改善目前光栅信号细分电路延时对测量机动态性能的影响。 基于坐标测量机动态特性的研究成果,对坐标测量机性能评定和精度评定的国际标准和国家标准进行了分析,重点对ISO 10360-2、ISO 10360-5、ISO 15530-2.2进行研究,并就有关技术条款的制定或修订提出建议。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 三坐标测量机及其发展现状
1．2 坐标测量机动态误差研究及应用现状
1．2．1 问题的提出
1．2．2 坐标测量机的动态特性研究
1．2．3 坐标测量机关键部件动态性能的研究及优化设计
1．2．4 坐标测量机动态误差修正方法的研究
1．3 坐标测量机量值传递、检定(检验)标准制定及进展
1．3．1 量值传递和误差检测
1．3．2 检定(检验)标准制定及进展
1．4 课题来源及意义
1．5 本论文的主要内容
第二章 三坐标测量机动态误差源分析
2．1 MC850三坐标测量机
2．1．1 机械结构
2．1．2 测头系统
2．1．3 测量系统
2．1．4 CNC电气控制系统
2．1．5 测量及误差修正软件
2．1．6 测量机总体性能指标
2．2 测量机动态测量过程实验研究
2．3 不同 DCC参数对测量结果的影响
2．4 测量机主要动态误差源及相互关系
2．5 本章小结
第三章 主要机构动态误差分析与建模
3．1 测头系统动态误差分析与建模
3．1．1 触发式测头
3．1．1．1 触发原理
3．1．1．2 瞄准误差
3．1．2 测端作用直径的动态标定
3．1．2．1 测端作用直径
3．1．2．2 测头作用直径的校准
3．1．3 运动 DCC参数对测端作用直径标定结果的影响
3．2 机体结构动态误差分析与建模
3．2．1 机体动态变形
3．2．1．1 产生机理
3．2．1．2 瞬态动力学分析法
3．2．2 机体结构动态变形与位移误差转换模型
3．2．2．1 动态偏转误差
3．2．2．2 偏转误差和位移误差之间的关系
3．2．2．3 机体结构动态变形误差的实验测试
3．3 气浮导轨对测量机动态特性的影响
3．3．1 气浮轴承特性
3．3．2 气浮导轨的分布及作用
3．3．3 气源维护
3．4 光栅测量系统的动态误差分析
3．4．1 光栅系统的测量原理
3．4．2 光栅系统的测量误差分析
3．4．2．1 光栅栅线刻划误差
3．4．2．2 光栅副误差
3．4．2．3 电子系统误差
3．4．2．4 温度误差
3．4．2．5 光栅测量系统动态误差实验测试
3．5 本章小结
第四章 测量机动态误差数据采集与数据分析
4．1 动态误差数据采集与数据分析概述
4．2 运动相关性模型
4．3 测量机动态误差检测对比实验
4．3．1 实验方案
4．3．2 实验准备
4．3．3 实验步骤及说明
4．3．4 实验数据记录
4．4 数据分析与数学建模
4．4．1 ISO 230-2定位精度评定指标
4．4．2 三轴在不同速度下的精度评定结果比较
4．4．3 数据分析
4．5 使用己被校准工件对测量机测量不确定度评定
4．5．1 坐标测量机性能评定
4．5．2 使用己被校准工件对测量机测量不确定度评定
4．5．3 基于 Monte Carlo方法动态测量不确定度评定
4．5．3．1 Monte Carlo方法基本原理
4．5．3．2 Monte Carlo方法解决问题的步骤
4．5．3．3 伪随机数的产生
4．5．3．4 己知分布的抽样
4．5．3．5 基于 Monte Carlo方法 CMM测头动态测量不确定度评定
4．6 本章小结
第五章 坐标测量机动态误差修正的研究
5．1 三坐标测量机误差修正的主要类型
5．2 测量机动态校准和误差修正新方法探索
5．2．1 测量机的动态校准
5．2．1．1 测量机几何误差的动态修正
5．2．1．2 测量机测头动态校准
5．2．2 基于溯源思想的测量机动态误差修正方法研究
5．3 基于不同测位与速度变化对测量机动态误差建模与修正
5．3．1 数据采集
5．3．2 基于二次线性回归方法的综合动态误差建模
5．3．3 基于二次线性回归方法的综合动态误差修正结果
5．4 新型 CMM测量标尺的研究
5．4．1 Renishaw光栅测量系统
5．4．2 基于二次莫尔条纹原理的纳米光栅传感器的研究
5．4．2．1 纳米计量光栅研究概述
5．4．2．2 系统组成
5．4．2．3 工作原理
5．4．2．4 指示光栅和标尺光栅面不平行时对二次莫尔条纹信号质量的影响
5．4．2．5 误差分析与结论
5．5 本章小结
第六章 基于测量机动态特性对若干国际标准探讨
6．1 ISO 10360-2标准若干问题探讨
6．1．1 ISO 10360-2的主要内容
6．1．2 对ISO 10360-2标准若干条款制定的建议
6．1．2．1 探测误差
6．1．2．2 探测轴探针针头零偏置长度的校准测试长度的示值误差
6．1．2．3 探测轴探针针头零偏置长度的校准测试长度的测量重复性
6．1．2．4 探测轴探针针头偏置长度为 L时的校准测试长度的示值误差
6．1．2．5 验收校准测量数据的剔除和重复测量
6．1．2．6 以激光为基准的测量不确定度的分析方法
6．1．2．7 热平衡对测量精度的影响
6．2 ISO 10360-5标准若干问题探讨
6．2．1 ISO/CD 10360-5的主要内容
6．2．2 对接触探测系统 CMM验收检测和复检测检标准制定若干问题的探讨
6．3 ISO 15530-2．2标准若干问题探讨
6．4 本章小结
第七章 总结与展望
7．1 研究总结
7．2 研究工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文及成果
发布时间: 2006-01-13
参考文献
- [1].三坐标测量机精度检测评定及虚拟坐标系统研究[D]. 林慎旺.合肥工业大学2004
- [2].坐标测量系统零件信息提取与位姿自动识别的研究[D]. 赵金才.天津大学2005
- [3].异端类型三坐标测量机结构原理及误差修正技术研究[D]. 王晨晨.合肥工业大学2012
- [4].纳米三坐标测量机测控系统关键技术研究[D]. 程方.合肥工业大学2010
- [5].纳米三坐标测量机机械结构及接触式测头技术研究[D]. 王伟丽.合肥工业大学2008
- [6].基于三维CAD的智能三坐标测量机检测规划系统的研究与开发[D]. 刘达新.合肥工业大学2009
- [7].特种脆性材料回转体零件内外表面自动测量系统研究[D]. 史庆伟.天津大学2007
- [8].纳米三坐标测量机三维大量程接触扫描探头系统的研制[D]. 李瑞君.合肥工业大学2013
- [9].基于光学扫描和CMM测量数据的模型重建关键技术研究[D]. 刘鹏鑫.哈尔滨工业大学2010
相关论文
- [1].非正交系非接触坐标测量机关键技术研究[D]. 方海燕.西安理工大学2005