三坐标测量机动态误差源分析与建模研究

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，其根本的原因是测量机动态误差对测量精度的影响。本论文以测量机动态特性分析为实验基础，以测量机主要动态误差源分析为理论基础，以测量机速度参数和空间位置为关键因素来进行测量机动态误差源分析与建模的研究。　　本文对测量机在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和机体结构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，提出测头作用直径的概念，并分析速度参数对作用直径的影响并建立了理论模型。对于机体结构，研究了机体动变形的产生机理并建立机体结构动变形与位移误差转换模型，从理论上验证机体动变形的空间相关性。　　本文还介绍研制成功的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，实时测量测量机运行在不同速度下各轴的实际位移，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ISO230-2标准处理实验数据，从而分析出不同速度下测量机的单轴稳定性及空间相关性。此实验系统还可作为测量机动态校准系统，为分析动态误差特性及构成、验证动态误差补偿的可行性提供途径，从而实现比现行静态校准方法更精确的动态校准。

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1三坐标测量机及其发展现状

1.2问题的提出

1.3测量机动态误差研究及应用现状

1.3.1测量机的动态特性研究

1.3.2测量机关键部件动态性能的研究及优化设计

1.3.3测量机动态误差补偿方法的研究

1.4课题来源

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MH20i

2.1.3测量系统

2.1.4CNC电气控制系统FB2

2.1.5测量及误差补偿软件

2.1.6精度评定及总体性能指标

2.2测量机动态特性评估

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

第三章测头系统动态特性分析

3.1触发式测头

3.1.1触发原理

3.1.2瞄准误差

3.2测端作用直径的动态标定

3.2.1测端作用直径

3.2.2测端作用直径的校准

3.3运动DCC参数对测端作用直径标定结果的影响

3.4本章小结

第四章机体结构动态特性分析

4.1机体动变形

4.1.1产生机理

4.1.2瞬态动力学分析法

4.2气浮导轨对测量机动态特性的影响

4.2.1气浮轴承特性

4.2.2气浮导轨的分布及作用

4.3机体结构动变形与位移误差转换模型

4.3.1动态偏转误差

4.3.2偏转误差和位移误差之间的关系

4.4本章小结

第五章测量机动态误差分离与修正

5.1运动相关性模型

5.2测量机动态误差对比实验

5.2.1实验方案

5.2.2实验准备

5.2.3实验步骤及说明

5.2.4实验数据记录

5.3数据分析与数学建模

5.3.1 ISO230/2定位精度评定指标

5.3.2三轴在不同速度下的精度评定结果比较

5.3.3数据分析

5.4测量机动态校准新方法探索

5.4.1测量机的动态校准

5.4.2基于溯源思想的测量机动态误差补偿方法研究

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1研究总结

6.2研究工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文