【摘要】：高端數(shù)控機(jī)床不僅在航天航空、軍工核工等國(guó)家安全戰(zhàn)略領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用,而且在慣性約束核聚變、微電子、高性能零件/構(gòu)件的精密制造等重大領(lǐng)域起著關(guān)鍵作用。直線導(dǎo)軌是實(shí)現(xiàn)高端數(shù)控機(jī)床平移運(yùn)動(dòng)的根本,快速準(zhǔn)確地在線檢測(cè)直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)誤差,進(jìn)而將其進(jìn)行誤差補(bǔ)償,不僅能夠提高機(jī)床的加工精度,而且還可監(jiān)測(cè)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài),因此相關(guān)研究具有重大的工程意義和科學(xué)價(jià)值。針對(duì)該問題,本文提出了一種直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)誤差的在線檢測(cè)方法—集成了誤差分離算法和誤差檢測(cè)系統(tǒng),從理論推導(dǎo)、仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究三方面對(duì)其中關(guān)鍵性技術(shù)開展了深入研究。針對(duì)現(xiàn)有多探頭掃描法的局限性,提出一種改進(jìn)型四點(diǎn)算法以同時(shí)在線測(cè)量導(dǎo)軌的直線度誤差和偏擺誤差。將探頭以特定方式布置,基于探頭測(cè)量值建立滿秩的線性方程組;針對(duì)方程組的病態(tài)特性所引起的解不穩(wěn)定問題,引入Tikhonov正則化方法。基于Matlab的仿真分析表明改進(jìn)型四點(diǎn)法具有理想的計(jì)算精度。系統(tǒng)分析測(cè)量噪聲、采樣間隔、采樣點(diǎn)數(shù)目等參數(shù)對(duì)改進(jìn)型四點(diǎn)法的影響規(guī)律,仿真結(jié)果顯示測(cè)量噪聲對(duì)算法精度影響最大。依據(jù)改進(jìn)型四點(diǎn)法的功能需求,設(shè)計(jì)相匹配的柔性誤差檢測(cè)機(jī)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行特性分析。首先,在典型柔性機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對(duì)誤差檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)。其次,基于柔性鉸鏈的柔度矩陣,采用柔度矩陣法推導(dǎo)串/并聯(lián)型柔性機(jī)構(gòu)的柔度模型,進(jìn)而對(duì)誤差檢測(cè)機(jī)構(gòu)中導(dǎo)向模塊和放大模塊進(jìn)行柔度建模。隨后,依據(jù)上述模型,仿真分析輸出位移、輸入剛度等關(guān)鍵指標(biāo)隨機(jī)構(gòu)幾何尺寸的變化規(guī)律。最后,采用有限元法對(duì)誤差檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)特性分析,從而得到機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)、固有頻率等性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)研究本文所提的運(yùn)動(dòng)誤差在線檢測(cè)方法,從而驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。首先,基于柔性誤差檢測(cè)機(jī)構(gòu)和線性光柵系統(tǒng)構(gòu)建誤差檢測(cè)系統(tǒng);其次,對(duì)誤差檢測(cè)系統(tǒng)放大倍數(shù)、輸入剛度及固有頻率進(jìn)行測(cè)定。最后,應(yīng)用所提的誤差在線檢測(cè)方法和激光干涉儀分別對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差和偏擺誤差進(jìn)行測(cè)定,并建立二者測(cè)量坐標(biāo)系間的空間位姿變換關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在線檢測(cè)方法能夠較好地分離出機(jī)床導(dǎo)軌各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文2 機(jī)床及導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量研究現(xiàn)狀激光干涉儀/跟蹤儀在機(jī)床及導(dǎo)軌誤差測(cè)量中占有重要的地位，Renishaw、I 等公司研制出了一系列激光干涉儀/跟蹤儀產(chǎn)品，如圖 1-1、圖 1-2 所示。如 API 的 XD Laser 激光干涉儀(含穩(wěn)頻激光器、干涉鏡、6D 傳感器)一次安即可測(cè)得 6 項(xiàng)誤差；其激光跟蹤儀則可實(shí)現(xiàn)其自創(chuàng)的 VEC 空間誤差補(bǔ)償技，該技術(shù)具有很高的自動(dòng)化，可根據(jù)機(jī)床的 CAD 模型，建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)誤模型，并計(jì)算出一個(gè)最佳測(cè)量路徑，，避免在機(jī)床運(yùn)行過程中潛在沖突[2]。MEB5.54 和 ISO 230-6 推薦采用基于激光干涉儀/跟蹤儀的體對(duì)角線法來快評(píng)可靠地評(píng)定機(jī)床的空間誤差[3,4]，且該方法在波音公司取得顯著的效果[5]。時(shí)激光干涉儀在 CMM 的驗(yàn)收試驗(yàn)(Acceptance Test)、周期復(fù)檢(Reverificationst)和定期維護(hù)中具有重要的作用。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文2 機(jī)床及導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量研究現(xiàn)狀激光干涉儀/跟蹤儀在機(jī)床及導(dǎo)軌誤差測(cè)量中占有重要的地位，Renishaw、I 等公司研制出了一系列激光干涉儀/跟蹤儀產(chǎn)品，如圖 1-1、圖 1-2 所示。如 API 的 XD Laser 激光干涉儀(含穩(wěn)頻激光器、干涉鏡、6D 傳感器)一次安即可測(cè)得 6 項(xiàng)誤差；其激光跟蹤儀則可實(shí)現(xiàn)其自創(chuàng)的 VEC 空間誤差補(bǔ)償技，該技術(shù)具有很高的自動(dòng)化，可根據(jù)機(jī)床的 CAD 模型，建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)誤模型，并計(jì)算出一個(gè)最佳測(cè)量路徑，避免在機(jī)床運(yùn)行過程中潛在沖突[2]。MEB5.54 和 ISO 230-6 推薦采用基于激光干涉儀/跟蹤儀的體對(duì)角線法來快評(píng)可靠地評(píng)定機(jī)床的空間誤差[3,4]，且該方法在波音公司取得顯著的效果[5]。時(shí)激光干涉儀在 CMM 的驗(yàn)收試驗(yàn)(Acceptance Test)、周期復(fù)檢(Reverificationst)和定期維護(hù)中具有重要的作用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG659

【參考文獻(xiàn)】

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2 于靖軍;裴旭;畢樹生;宗光華;張憲民;;柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年13期

3 王家疇;榮偉彬;孫立寧;謝暉;陳偉;;新型集成三維微力檢測(cè)微夾持器[J];光學(xué)精密工程;2007年04期

4 尹自強(qiáng),李圣怡,王卓;直線度的高精度測(cè)量[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2004年02期

5 洪邁生,魏元雷 ,李自軍 ,祝斌;形狀誤差分離技術(shù)的統(tǒng)一理論——同源、統(tǒng)一的各種直線形狀誤差分離方法評(píng)述[J];宇航計(jì)測(cè)技術(shù);2001年06期

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1 丁國(guó)清;基于誤差分離技術(shù)的超精密測(cè)量及校正方法研究[D];上海交通大學(xué);2012年

2 吳頡爾;正則化方法及其在模型修正中的應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2602282