基于多体系统运动学三坐标测量仪几何误差补偿的研究
发布时间：2021-10-31 23:53
本文基于多体系统运动学理论,对三坐标测量仪的测量误差问题进行了深入的研究分析。通过修正操作指令的方式完成对三坐标测量仪的软件误差补偿,并针对三坐标测量仪常规模型存在的问题进行研究,建立了三坐标测量仪的精密模型,提高了三坐标测量仪的误差补偿精度。主要研究内容如下:（1）通过对多体系统运动学理论的研究分析,得出多体系统相邻序体之间的矩阵变换关系,在此基础上,利用常规建模方法对FXYZ型三坐标测量仪建立误差补偿模型。（2）详细介绍三坐标测量仪的几何误差来源,并对双频激光干涉仪的测量原理及一般测量方法进行研究分析,针对传统测量方法测量效率低、测量误差大的问题,对九线误差辨识法进行深入研究。（3）根据三坐标测量仪的误差补偿模型,设计开发有关三坐标测量仪几何误差的补偿软件。同时,就三坐标测量仪测头部件的几种基本运动形式,给出了具体的操作指令修正方法。（4）针对三坐标测量仪常规几何误差模型难以精确计算的问题,在常规几何误差模型的基础上提出了一种新型精密模型,并通过仿真实验验证新型精密模型的补偿效果。
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1位于X轴上的几何误差
湖南理工学院硕士学位论文第2章常规的FXYZ型数控系统几何误差模型9且便于实现电脑描述多体系统的自动化而备受青睐。因此，本文主要研究拓扑结构的低序体阵列描述。如图2-1所示，选择任意一个序体作为A1，然后从A1开始依次标定多体系统中每一个部件的序号，图中，除A1外，其余序体都有一个低序体与之相连。图2-1多体系统的拓扑结构为方便分析运动学理论的推导过程和编辑数学公式，通常采取用表格的方式来建立低序体阵列，即Ln（K)，其中L指的是低序体算子，K为多体系统中任一序体的序号,n为低序体阶数，当K为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10时，对应的L(K)为0，1，1，3，4，1，6，7，7，9。所以其定义表达式为:Ln(K)=L[Ln-1(K)]其中L0（K)=K，L(0)=0(2-1)图中所示拓扑结构为表2-2描述。同样的，知道低序体阵列也可画出对应的拓扑结构图。表2-2多体系统的低序体阵列K12345678910L0(K)12345678910L1(K)0113416779L2(K)0001301667L3(K)0000100116L4(K)0000000001L5(K)0000000000
湖南理工学院硕士学位论文第2章常规的FXYZ型数控系统几何误差模型112.2.4多体系统相邻序体的坐标系变换坐标系变换矩阵的主要作用是用来表示多体系统理论中子坐标系在实际运动过程中的位置变化。相邻序体Aj和Ak在多体系统中的相对运动示意图如图2-2所示：图2-2相邻序体间的相对位置矢量图其中，P表示序体Aj与序体Ak之间的理想位置矢量，eP表示两者之间的误差位置矢量；S表示序体Aj与序体Ak之间的理想运动矢量，eS表示两者之间的误差运动矢量。OAjAk则表示为序体Aj于序体Ak坐标系上的位置。根据多体系运动学理论，序体Aj运动到序体Ak可表达为：SeSkkjkjjkjOOOAAePOPAAAAAA（2-7)结合表达式2-6可知，理论条件下，两相邻序体间的坐标系变换矩阵可通过理想位置变换矩阵（AjAk）P、误差位置变换矩阵(AjAk）Pe以及理想运动变换矩阵(AjAk）S、误差运动变换矩阵（AjAk）Se的依次变换求得：ekjkjekjkjkjSSPPAAAAAAAAAAT（2-8)2.3FXYZ型数控系统几何误差的常规模型桥式三坐标测量仪作为典型的FXYZ型数控系统，主要是由固定基座、桥架、立柱、测头等部件组合而成（如图2-3所示)，这些部件在制造、安装组合的过程中会存在误差；在通过导轨运动的过程中也会存在误差，三坐标测量仪的几何误差便是由这些误差通过各个运动链的传递、变换构成的，而对三坐标测量
【参考文献】：
期刊论文
[1]三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究[J]. 范恒亮. 山东工业技术. 2019(05)
[2]KDP光学零件超精密车削加工误差的频谱特性与控制[J]. 王贵林. 应用光学. 2017(02)
[3]数控机床几何误差测量及误差补偿技术的研究[J]. 张云峰,李春雷. 科技传播. 2016(05)
[4]数控机床误差补偿关键技术及其应用[J]. 姚映涵. 科技传播. 2015(19)
[5]三坐标测量机的发展趋势[J]. 唱宇,杨桂栋. 民营科技. 2015(03)
[6]三坐标测量仪对端面圆跳动的精密测量分析[J]. 赵兴龙,朱岩,管政,徐敏. 制造技术与机床. 2015(01)
[7]多轴机床几何误差建模与补偿技术的研究[J]. 林洁琼,马跃龙,高明辉,荆丹. 机床与液压. 2014(23)
[8]基于摩擦补偿的空间机械臂关节高精度控制研究[J]. 张晓东,刘鑫,贾山刚. 载人航天. 2014(02)
[9]三坐标测量机安全使用+量块校准操作规程[J]. 李学强. 企业改革与管理. 2014(04)
[10]三坐标测量仪静力及温度误差分析研究[J]. 徐建高,蒋素清,黄凯. 机械设计与制造. 2013(11)
博士论文
[1]基于摆动进给的超精密金刚石车削加工误差分析与补偿[D]. 姚洪辉.哈尔滨工业大学 2017
[2]精密卧式加工中心几何精度设计及误差补偿方法研究[D]. 田文杰.天津大学 2014
硕士论文
[1]基于激光干涉仪和球杆仪的立式加工中心几何误差直线测量方法[D]. Muzammil Rasheed.广东海洋大学 2019
[2]多轴数控机床误差测量与建模研究[D]. 郑剑锋.北京交通大学 2014
[3]三坐标测量机采样预测方法及测头补偿技术研究[D]. 王洋.东北大学 2014
[4]数控机床几何误差分类与建模技术研究[D]. 景宏令.河北工业大学 2014
[5]三坐标测量机误差的测量和补偿[D]. 王永顺.中国海洋大学 2013
[6]数控机床误差补偿技术若干问题研究[D]. 郑学刚.南京航空航天大学 2010
[7]基于多体理论的数控机床几何误差补偿技术的研究[D]. 李欢玲.南京航空航天大学 2009
本文编号：3469107
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1位于X轴上的几何误差
湖南理工学院硕士学位论文第2章常规的FXYZ型数控系统几何误差模型9且便于实现电脑描述多体系统的自动化而备受青睐。因此，本文主要研究拓扑结构的低序体阵列描述。如图2-1所示，选择任意一个序体作为A1，然后从A1开始依次标定多体系统中每一个部件的序号，图中，除A1外，其余序体都有一个低序体与之相连。图2-1多体系统的拓扑结构为方便分析运动学理论的推导过程和编辑数学公式，通常采取用表格的方式来建立低序体阵列，即Ln（K)，其中L指的是低序体算子，K为多体系统中任一序体的序号,n为低序体阶数，当K为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10时，对应的L(K)为0，1，1，3，4，1，6，7，7，9。所以其定义表达式为:Ln(K)=L[Ln-1(K)]其中L0（K)=K，L(0)=0(2-1)图中所示拓扑结构为表2-2描述。同样的，知道低序体阵列也可画出对应的拓扑结构图。表2-2多体系统的低序体阵列K12345678910L0(K)12345678910L1(K)0113416779L2(K)0001301667L3(K)0000100116L4(K)0000000001L5(K)0000000000
湖南理工学院硕士学位论文第2章常规的FXYZ型数控系统几何误差模型112.2.4多体系统相邻序体的坐标系变换坐标系变换矩阵的主要作用是用来表示多体系统理论中子坐标系在实际运动过程中的位置变化。相邻序体Aj和Ak在多体系统中的相对运动示意图如图2-2所示：图2-2相邻序体间的相对位置矢量图其中，P表示序体Aj与序体Ak之间的理想位置矢量，eP表示两者之间的误差位置矢量；S表示序体Aj与序体Ak之间的理想运动矢量，eS表示两者之间的误差运动矢量。OAjAk则表示为序体Aj于序体Ak坐标系上的位置。根据多体系运动学理论，序体Aj运动到序体Ak可表达为：SeSkkjkjjkjOOOAAePOPAAAAAA（2-7)结合表达式2-6可知，理论条件下，两相邻序体间的坐标系变换矩阵可通过理想位置变换矩阵（AjAk）P、误差位置变换矩阵(AjAk）Pe以及理想运动变换矩阵(AjAk）S、误差运动变换矩阵（AjAk）Se的依次变换求得：ekjkjekjkjkjSSPPAAAAAAAAAAT（2-8)2.3FXYZ型数控系统几何误差的常规模型桥式三坐标测量仪作为典型的FXYZ型数控系统，主要是由固定基座、桥架、立柱、测头等部件组合而成（如图2-3所示)，这些部件在制造、安装组合的过程中会存在误差；在通过导轨运动的过程中也会存在误差，三坐标测量仪的几何误差便是由这些误差通过各个运动链的传递、变换构成的，而对三坐标测量
【参考文献】：
期刊论文
[1]三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究[J]. 范恒亮. 山东工业技术. 2019(05)
[2]KDP光学零件超精密车削加工误差的频谱特性与控制[J]. 王贵林. 应用光学. 2017(02)
[3]数控机床几何误差测量及误差补偿技术的研究[J]. 张云峰,李春雷. 科技传播. 2016(05)
[4]数控机床误差补偿关键技术及其应用[J]. 姚映涵. 科技传播. 2015(19)
[5]三坐标测量机的发展趋势[J]. 唱宇,杨桂栋. 民营科技. 2015(03)
[6]三坐标测量仪对端面圆跳动的精密测量分析[J]. 赵兴龙,朱岩,管政,徐敏. 制造技术与机床. 2015(01)
[7]多轴机床几何误差建模与补偿技术的研究[J]. 林洁琼,马跃龙,高明辉,荆丹. 机床与液压. 2014(23)
[8]基于摩擦补偿的空间机械臂关节高精度控制研究[J]. 张晓东,刘鑫,贾山刚. 载人航天. 2014(02)
[9]三坐标测量机安全使用+量块校准操作规程[J]. 李学强. 企业改革与管理. 2014(04)
[10]三坐标测量仪静力及温度误差分析研究[J]. 徐建高,蒋素清,黄凯. 机械设计与制造. 2013(11)
博士论文
[1]基于摆动进给的超精密金刚石车削加工误差分析与补偿[D]. 姚洪辉.哈尔滨工业大学 2017
[2]精密卧式加工中心几何精度设计及误差补偿方法研究[D]. 田文杰.天津大学 2014
硕士论文
[1]基于激光干涉仪和球杆仪的立式加工中心几何误差直线测量方法[D]. Muzammil Rasheed.广东海洋大学 2019
[2]多轴数控机床误差测量与建模研究[D]. 郑剑锋.北京交通大学 2014
[3]三坐标测量机采样预测方法及测头补偿技术研究[D]. 王洋.东北大学 2014
[4]数控机床几何误差分类与建模技术研究[D]. 景宏令.河北工业大学 2014
[5]三坐标测量机误差的测量和补偿[D]. 王永顺.中国海洋大学 2013
[6]数控机床误差补偿技术若干问题研究[D]. 郑学刚.南京航空航天大学 2010
[7]基于多体理论的数控机床几何误差补偿技术的研究[D]. 李欢玲.南京航空航天大学 2009
本文编号：3469107
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