三坐标测量机结构设计及误差理论研究

发布时间：2017-09-03 11:21

  本文关键词：三坐标测量机结构设计及误差理论研究

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【摘要】：三坐标测量机测量速度快,精度高,便捷,最近几年发展迅速,已经成为制造业不可缺少的一部分,本文通过对测量机的系统结构设计和误差理论的研究,为提高整体精度提供理论依据。主要研究内容如下:对三坐标测量机几种主要形式做了介绍,选择精度高而且具有可靠的结构的固定桥式测量机作为研究对象,对测量机的气浮导轨系统,传动系统,光栅系统,平衡机构,控制系统和测头系统的工作原理做了深入分析,为三坐标测量机的整体设计选择最优结构方案。通过这些理论研究研制出精确较高的三坐标测量机。利用INVENTOR软件对设计的三坐标测量机建立三维模型,通过有限元分析的方法,对整体框架做了静力分析和模态分析,通过静态分析可以了解整体和X,Y,Z三个方向的变形量大小,通过模态分析可以知道了解整体框架的动态特性,计算出前六阶的固有频率和振幅,验证其静态特性和动态特性都满足所测量机的设计要求。研究了在运行过程中测量机的几个主要影响精度的因素,对测量机在工作时导致气浮导轨的偏移,负载的大小对结构的变形以及环境因素所引起的误差进行详细的分析,为三坐标测量机接下来的设计建模和有限元分析做了一定的理论基础。最后,为了验证测量机的实际精度满足制造厂家所要求的测量精度,在该测量机上做了误差分离实验,介绍了BP神经网络的建模原理,并应用到测量机的误差修正来。根据所测的样本值不断的训练最优函数,利用误差模型对不同空间位置进行误差预测,对误差数据进行修正,提高了所设计的测量机的精度,使其满足精度要求。
【关键词】：三坐标测量机 误差分析 误差分离实验 BP神经网络 误差修正
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH721
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 测量机的工作原理13
• 1.3 测量机的控制系统13-14
• 1.4 国内外对测量机研究概况、水平和发展趋势14-17
• 1.4.1 国外研究状况14-15
• 1.4.2 国内研究状况15-17
• 1.5 误差分析的目的以及意义17
• 1.6 课题来源与主要内容17-18
• 1.7 论文的结构安排18-19
• 第2章 测量机的系统结构设计19-37
• 2.1 测量机的分类19-21
• 2.2 气浮导轨系统21-24
• 2.2.1 测量机的导轨及气浮轴承21-22
• 2.2.3 测量机的气浮垫分布22-24
• 2.3 测量机传动结构设计24-26
• 2.3.1 滚珠丝杆特点24-25
• 2.3.2 滚珠丝杆的传动精度25-26
• 2.4 测量机的光栅系统26-27
• 2.5 测量机的平衡机构27-29
• 2.5.1 重锤平衡优缺点27
• 2.5.2 气动平衡27-29
• 2.6 测头系统29-33
• 2.6.1 扫描测头原理29-30
• 2.6.2 扫描测头的主要误差30-31
• 2.6.3 探针长度对检测精度的影响31-33
• 2.7 三坐标测量机工作台的设计33-35
• 2.7.1 工作台的性能要求33
• 2.7.2 工作台的组成33-35
• 2.8 本章小结35-37
• 第3章 三坐标测量机三维建模和有限元分析37-50
• 3.1 有限元仿真分析理论基本概念37-38
• 3.2 建立模型38-39
• 3.3 三坐标测量机模型的简化39-40
• 3.4 定义材料属性和划分网格40-41
• 3.5 定义载荷和边界条件41-42
• 3.6 横梁静力分析42-44
• 3.7 整体框架的模态分析44-49
• 3.8 本章小结49-50
• 第4章 三坐标测量机动态误差分析50-71
• 4.1 误差的主要来源50-51
• 4.1.1 原理误差50
• 4.1.2 制造误差50
• 4.1.3 运行过程中的动态误差50-51
• 4.2 机构结构变形的动态误差51-57
• 4.2.1 结构变形产生机理51-52
• 4.2.2 测量机的动态偏转误差52-53
• 4.2.3 偏差误差与位移误差之间计算关系53-56
• 4.2.4 实验数据与理论计算比较56-57
• 4.3 负载大小对结构变形所引起的误差57-60
• 4.4 环境因素引起误差分析60-66
• 4.4.1 温度引起变化理论计算60-64
• 4.4.2 温度引起误差实验64-65
• 4.4.3 噪声、振动与灰尘干扰65-66
• 4.5 阿贝原则66-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第5章 测量机误差数据处理与修正71-84
• 5.1 动态误差分离实验71-74
• 5.1.1 实验过程71-72
• 5.1.2 实验数据72-74
• 5.2 动态测量数据处理与修正74-81
• 5.2.1 BP网络模型74-76
• 5.2.2 BP网络构建与误差修正原理76-78
• 5.2.3 反向传输神经网络建模78-81
• 5.3 实验结果和BP神经网络的预测81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 结论84-86
• 参考文献86-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文89

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本文编号：784695