刘红奇[1]2004年在《数控机床误差快速标定和评价系统的研究》文中认为随着工业的发展,传统机床不能满足现代生产的要求,而数控机床的特点适应这种生产要求,市场需求增大。但是在数控机床的大批量生产和广泛使用过程中,简单、方便、高效和低成本的数控机床精度评价和精度检测装置是当今装备制造行业和用户厂家急需的工具,已成为制约其发展的瓶颈,对普及型数控机床的生产和使用尤为如此。本文根据这种需要,研究开发了一种系统,并在以下几个方面做了一些工作。在提高误差测量快速性方面,为了提高光栅尺测量的快速性,设计了一套便于安装、调试的附件,可较大幅度地减少测量设备安装调试的时间。另外,分析了数控机床的进给速度对测量结果的影响。.在精度评价方面,利用自己编写的软件,此软件集成了多种精度评价标准,能根据用户选定的标准对数控机床的精度做出相应评价,获得评价参数指标和直观的评价图,为数控机床的误差源分析、改善其精度提供依据。在误差补偿方面,本文分别采用四种算法拟合误差补偿模型,分别是叁次多项式模型和最小二乘拟合多项式模型以及叁次样条模型,并做了相应的补偿试验,并对补偿结果进行了比较分析。另外,软件系统能根据选择的数控系统厂家、类型,自动生成相应的数控系统误差补偿数据文件,实现数控机床误差的快速补偿。本文采用两种测量仪器,分别是光栅尺,步距规与千分表的组合,在配有华中世纪星数控系统的数控机床上所做试验表明,通过补偿,单轴的定位误差减少85%,反向间隙可以减少90%,与激光干涉仪比,在效率上提高3倍,价格为其5%。
吴丹丹[2]2007年在《数控机床定位误差快速标定装置》文中研究说明目前,现有商品化数控机床都具有螺距误差补偿功能。通常在数控机床出厂时,需要对其进行充分的校正安装,并在数控系统中写入螺距误差补偿文件。机床用户在使用一段时间后,显示的加工位置与指令控制所要求的位置存在一定的偏差,有必要对机床进行重新校正。因此,寻求一种简单、快速和低成本的误差标定装置,尤为必要,特别是对于大量生产和消费的中、低档经济型数控机床来说。本文主要做了以下的工作。研究了定位误差的误差源,分析了定位误差的检测需求,针对目前常用的定位误差检测方法的不足,开发了以基准步距规和电感测微仪为测量仪器的误差标定装置及相应的标定软件。该装置能实现自动生成测量程序、自动采集误差数据、自动精度评价以及自动生成补偿文件的功能,自动化程度高,大大提高了标定效率。研究了数控机床定位误差的基本性质,在此基础提出采用步距规接力测量的方法解决测量仪器量程不够与机床大行程轴测量之间的矛盾,并分析了接力测量的测量精度和误差累积规律。结果表明,接力次数增加,测量误差增大,但测量误差在整个定位误差中所占百分比较小,仍满足误差补偿要求。本文最后采用该装置对机床的叁个互相垂直的坐标轴X、Y以及Z轴误差进行了标定,并作了精度评价。使用该装置与直线光栅的测量结果作比较,同一位置误差值的偏差小于4μm,表明该装置标定精度可以满足中、低档经济型数控机床的要求,测得的误差数据能够用于误差补偿。
郭建烨[3]2008年在《叁杆少自由度混联机床精度分析及相关问题的研究》文中研究指明混联机床是从上个世纪末开始出现的一种新型制造装备,它可以实现多坐标联动数控加工、装配和测量等功能,也可以满足复杂零件加工的需要。由于具有刚度重量比大、响应速度快、易十实现模块化设计、环境适应能力强等特点,混联机床已经成为新一代机床发展的一个方向,而少自由度混联机床因其自身的优点已成为此类机床发展的趋势。世界上许多国家已经对混联机床的研究投入了大量的人力物力,也取得了许多的研究成果,但目前对混联机床的研究总体上还是处于研发、试制和试用阶段。与国外相比,我国关于混联机床的研究也取得了一些阶段性成果,但在整体水平上还存在一定差距。在限制混联机床发展的众多因素中,加工精度是一个比较突出的问题,目前混联机床的加工精度还无法与传统高精度的数控机床相比拟。在实现混联机床产业化的发展道路上,还有许多内容值得我们去研究。本论文以东北大学研制的3-TPT型混联机床和3-TPS型混联机床为研究对象,主要对两种混联机床进行了精度分析,并对误差补偿理论进行了探讨,主要研究内容如下：(1)结合两种混联机床的结构特点,对它们的运动位置及工作空间进行了分析,建立了运动学方程,并以雅可比矩阵的可操作度和条件数为衡量指标,分析了两种机床在工作空间内的奇异性和操作灵巧性,借此来说明两种混联机床的运动性能及误差敏感性。(2)根据误差独立作用原理对两种混联机床的位置误差进行了分析。分析内容包括驱动杆长度误差、铰链点位置误差、运动平台姿态误差等因素对机床位置误差的影响,针对各误差影响因素建立了误差模型,并获得了相应的误差传递函数。(3)对处于稳态切削条件下两种混联机床的位置误差进行了分析。建立了稳态切削条件下机床位置误差模型并分析了在工作空间内机床位置误差的变化情况。然后,基于虚拟样机技术对稳态切削条件下机床的位置误差进行了仿真分析,将仿真结果与理论分析结果相比较以说明理论分析结论的准确性。(4)以热误差和动态切削力变形误差为对象对混联机床的动态误差进行了初步研究。内容涉及热误差来源、热误差建模方法及动态切削力建模方法等。另外,还基于虚拟样机技术,在ADAMS软件环境中对两种混联机床的动态误差进行了初步仿真。(5)根据位置误差理论,对3-TPT型混联机床的试验样机进行了结构参数误差测量,进而求得了机床位置误差受结构参数误差影响的结果。另外,还对机床样机的直线度、平行度和重复位置精度进行了初步评定。(6)针对两种混联机床建立了误差标定模型,并基于遗传算法阐述了辨识标定模型参数的理论方法。另外,对混联机床的误差补偿策略进行了研究,根据两种混联机床的特点提出了相应的补偿方式。本论文对两种混联机床的精度分析结果,对于研究此类结构混联机床的误差变化特点、实现机床位置误差的补偿都具有重要意义,并为进一步的精度综合奠定了基础。但是,由于混联机床精度问题的复杂性和时变性,为了提高混联机床的加工精度,还需要在误差控制及实时补偿等方面做许多的研究工作。
李鹏[4]2012年在《加工中心在机复合式检测系统的关键技术研究》文中进行了进一步梳理随着先进制造技术的发展,对加工中心工件的在机检测提出了更高的要求。如对于具有复杂型面结构特征的长周期加工件,如何在保证检测精度的同时,提高检测效率。针对当前加工中心在机检测中,单一的传感器在检测精度、检测效率等方面存在的不足和局限,本文提出了一种加工中心在机复合式检测的原创设计方案,并重点对检测系统建立过程中所涉及到的关键技术进行了研究。主要的研究内容和贡献如下：1.基于逆向工程中的接触式和非接触检测原理,设计了可以集成于加工中心刀库中的复合式检测装置,提出了复合式检测判据。在此基础上,按照检测系统的设计思路阐述了复合式检测系统的工作原理。2.建立了系统相关的数学模型,包括基于线结构光视觉的非接触检测模型、考虑测量延时的接触式检测模型,以及使复合式检测数据融合统一的数学模型。3.对于系统中加工中心的定位误差,通过建立误差数据库,提出了基于程序G代码修正的误差补偿方案。对系统数学模型中所涉及的参数求解进行了标定：采用同心圆平面靶标,对摄像机内参数、光平面参数进行了标定；使用标准球实现了等效补偿半径的标定；对于摄像机外参数,提出了基于单个同心圆和标准球的间接标定方法,实现了复合式检测数据在检测坐标系下的统一。4.为保证接触式测头在自动测量时的安全性和检测的准确性,提出了基于工件加工特征的复合式检测规划方案。对工件非接触检测获得的点云数据进行误差补偿后,通过对点云数据进行特征提取、特征拟合构建出加工几何特征,从而基于该几何特征进行接触式检测路径规划,并通过检测实验验证了该方案的可行性。5.对检测系统的软件设计进行了介绍,通过检测实例给出了当前系统的检测精度,对影响检测精度的误差因素进行了分析,定性地提出了减小误差的方法。最后在总结全文研究工作的基础上,对检测系统的深入研究提出了工作展望。
刘健[5]2018年在《R-test五轴数控机床旋转轴误差测量系统设计》文中提出随着科学技术的进步,现代制造行业对具有复杂几何形状以及高精度的机械零部件的需求日益增多,五轴数控机床的应用也得到更好的普及。但是五轴数控机床的优点决定了其机床结构和控制系统会更复杂,因此机床加工精度的再提高会比较困难。五轴数控机床直线轴误差的测量及补偿技术已经非常成熟,但旋转轴由于结构复杂而难以测量,且旋转轴由于角定位误差的放大作用使旋转轴几何误差对加工的影响更大于直线轴。所以本文结合R-test测量仪对五轴数控机床精度影响较大的旋转轴的误差测量方法进行研究。本文分析了R-test测量仪的技术现状,针对国外已有较为成熟的R-test测量仪产品而国内R-test测量仪发展较为缓慢这一情况提出了一种基于电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪的测量方法,主要工作内容如下:(1)分析了接触式与非接触式R-test测量仪的结构,根据这两种测量仪采用的传感器的不同对两种测量仪进行了优缺点分析。同时针对采用某类特定结构的传感器的R-test测量仪进行了结构参数优化分析,该方法考虑了测量仪最大测量空间以及最大测量灵敏度两个性能指标,通过该指标优化传感器安装仰角的最佳值。(2)提出了一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪的球心坐标计算方法,再根据测量仪加工误差对计算精度的影响提出了一种改进的球心坐标计算方法,并利用遗传算法求解保证了计算结果的精确性。同时根据实际测量时测量仪自身测量坐标系与机床坐标系可能不平行的问题提出了测量坐标系与机床坐标系的坐标转换算法,通过该转换算法与改进的球心坐标方法结合遗传算法求解可以精确的得到机床开启RTCP功能时主轴刀尖点的空间位置误差。(3)针对垂直于传感器敏感方向的位移对测量结果的影响问题分析了电涡流传感器测球面时传感器的选型方法。同时提出了电涡流传感器测球体时的测量特性标定方法,该方法通过对传感器进行实际测量工况实验,获取一定密度的传感器测量过程的数据组,通过数据拟合的方法得到传感器实际测量工况下的传感器测量特性方程。(4)针对R-test测量仪底座及结构件在加工过程中存在的加工及装配误差会对测量仪的测量精度造成影响这一问题,本文提出了一种R-test测量仪传感器测量端面标定方法,通过测量仪测量平面的标定及测量仪标定下的测量仪球心坐标计算方法,能在保证测量仪测量精度的同时降低测量仪的制造及装配要求。该标定方法与球心坐标计算方法一样,采用了遗传算法求解来保证计算过程的精确性。(5)基于本文的研究内容选择合适的传感器,设计开发了非接触式R-test测量仪软硬件系统,并通过试验验证了本文理论的可行性。
丁立超[6]2016年在《基于双目视觉的机床回转轴误差检测方法研究》文中研究指明高性能零部件广泛应用于航空、航天、国防、电子等领域,多轴数控机床为该类零件的高精度、高质量加工提供了强有力手段,然而机床在加工过程中存在误差。对于多轴机床数控机床,回转轴误差尤为显着,导致数控机床加工精度降低。为提高多轴数控机床加工性能,需要对数控机床进行定期的误差检测,从而对其补偿。常用的误差检测方法包括激光干涉仪、球杆仪、R-test等,然而此类测量设备存在安装调试困难、测量时间长、误差溯源困难等问题,且每种测量设备都有各自适用的范围,难以实现多种误差的快速测量。视觉测量技术具有叁维测量、快速便捷、成本低等优点,可以实现机床多种误差的柔性综合测量。因此,本文提出了基于双目视觉的机床误差检测方法。具体内容包括：(1)分析五轴数控机床拓扑结构及机床回转轴装配误差的种类,并基于视觉测量原理,构建机床回转轴安装误差的检测与辨识模型,为误差检测奠定基础。(2)研究了高效、高精度图像特征提取方法。针对图像噪声、杂点多的问题,提出了基于全局阈值与局部阈值相结合的灰度图像分割方法,有效提高图像分割的鲁棒性及图像预处理速度；针对金属表面强反光现象导致的图像特征提取困难问题,提出了基于面积比率的强反光抑制方法；针对射影变换后标记点成像畸变所致定位不准确问题,提出了基于调和共轭约束的圆心补偿方法,提高特征提取的精度。(3)构建了图像坐标系与机床坐标系的基准转换模型。包括图像与视觉系统的转换,及视觉系统与机床的转换。其中,通过张氏标定法获得视觉系统的内外参数,实现二维像素坐标与空间叁维坐标的精确转换；通过机床加工辅助及运动辅助方法建立视觉坐标系与机床坐标系之间的位姿转换关系。(4)设计了高精度自发光特征靶标,并搭建五自由度双目视觉测量系统。基于视觉测量实现机床回转轴装配误差(包括两项角度误差与两项位置误差)的检测与辨识,并采用球杆仪评估视觉测量系统的测量精度。结果表明,回转轴实际轴线与参考轴线在X、Y方向的位置偏差为0.0038mm与0.0039mm；角度偏差为0.0023°与0.0021°(5)采用视觉测量系统测量机床回转轴角度定位误差,利用激光干涉仪验证视觉测量精度,视觉测量误差为0.00088°；采用视觉测量系统检测X/Y轴插补圆轨迹,并采用平面光栅进行精度验证,视觉测量误差为0.0041mm。本文的研究成果为机床误差的测量提供了新的检测手段,对拓展视觉技术应用以及机床误差检测领域具有重要价值,为探索新的误差检测方法研究奠定了基础。
唐文杰[7]2009年在《数控加工精度在线检测技术研究与应用》文中进行了进一步梳理数控加工在线检测技术是保障加工质量、提高加工效率的重要途径。在线检测系统可以实现在机床上对工件进行测量,避免了二次装夹问题,可保证加工精度、提高加工效率、降低加工费用,因此得到现代制造企业的重视和应用,具有重要的研究和应用价值。本文根据大型结构件在线检测的具体工程应用,对在线检测系统相关的软硬件系统开展研究,提出了基于触发式测头的在线检测系统方案,构建了在线检测系统硬件平台,提出了上位机软件的架构。本文研究了在线检测过程在上位机中的仿真技术,完成了基于OpenGL的在线检测仿真系统,实现了工件叁维模型、测头及测量轨迹的实时仿真。研究了测量数据在数控系统中的存储方式以及数控系统与上位PC机的通讯机制,实现了西门子数控系统与上位PC机的实时数据交换。研究了对结构件在线检测结果中加工精度的评定方法,并对其软件实现进行了论述。基于触发式测头的在线检测系统的难点是测量精度问题,本文主要研究采用误差补偿方法来提高测量精度。本文详细分析了系统误差构成,分别对主要误差源(机床误差和测头误差)的误差模型与补偿方法进行了研究。针对触发式测头的触发原理及工作特点,给出了测头综合误差的标定和补偿策略。对于机床几何误差,分析了机床几何误差的数值补偿模型,并提出了机床误差补偿方案。另外,本文提出了一种测量数据的整体误差消除技术,通过修正坐标偏差可进一步减小工件在测量过程中因测量坐标系建立不准确所造成的系统性误差。论文通过Zimmermann公司生产的FZ37型龙门式五轴联动加工中心上完成了实验验证,通过标定实验获得了机床误差和测头误差的标定文件,对工件的原始测量数据经过上述文件数据的补偿后得到较为精确的数据,将数据进一步使用整体误差消除来提高精度,最后生成基于特征的测量评价结果。
刘红奇, 李斌, 刘焕牢[8]2004年在《数控机床误差的快速标定及补偿技术》文中认为数控机床误差的快速标定及补偿是数控机床机电联调的重要内容 ,是实现数控机床精度升级的重要途径。本文开发了一套简便快速的数控机床误差检测、评价与补偿系统。试验结果表明 ,应用此系统不仅能大幅度提高了精度检测的效率 ,而且能显着提高数控机床精度。
王清秀[9]2008年在《基于计算机视觉定位的数控加工若干关键技术研究》文中研究表明在数控加工中,机床在数控系统的控制下,实现了零件加工过程的自动化。但是,仍主要用非自动化的方式对被加工零件(工件)进行安装定位。这种非自动化的操作方式使得加工的辅助时间长、装夹效率低、装夹精度受人的技能高低和状态好坏的影响大。这种工件安装操作方式是与数控加工的高精度、高效率、高柔性、高自动化的特征不相适应的。本论文将研究一种利用计算机视觉来测量和识别工件在机床上的准确位置,然后根据工件在机床上的实际安装位置来确定工件坐标系与机床坐标系的影射关系,进而根据影射关系来调整数控加工程序控制的刀具在机床坐标系中的运动轨迹,从而完成零件的数控加工的方法和技术,即基于计算机视觉定位的数控加工技术。这种技术不要求工件在机床上占有唯一正确的位置,因而也无须设计制造使用专门的夹具或无须人工测量找正工件,只需将工件依加工方位任意夹紧在机床上就能正确地进行零件的数控加工。解决了上述的工件安装操作方式与数控加工特征不相适应的问题,大大提高了加工效率。本论文主要完成了以下内容:采用基于PC机控制两个摄像机的双目视觉硬件系统,以完成从不同空间点获得同一物体的图像对。对摄像机进行了线性标定,求得了摄像机的相关参数。并对摄像机的误差来源进行了分析,并采取相应的矫正及减少误差的措施。对摄像机获得的图像进行了图像增强,阈值分割,边缘检测处理,提取了工件的特征点。在完成摄像机的参数标定和左右图像的特征点匹配的基础上,根据空间点的叁维重建模型实现了对特征点的叁维重建,求得了特征点的空间坐标。讨论了工件坐标系和机床坐标系的坐标转换,求得了工件坐标系到机床坐标系的变换矩阵,以实现由计算机根据工件的实际位置进行自动编程。
范开国[10]2012年在《数控机床多误差元素综合补偿及应用》文中认为本文在国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”、“国家自然科学基金项目”和“全国高等学校博士学科点专项科研基金项目”等项目资助和支持下，针对影响数控机床加工精度的多误差元素，进行了机床多误差元素分析、误差综合模型及统一模型建立、误差分量检测与建模及多误差元素综合补偿与应用的研究，并在实际加工中进行验证。本文主要内容如下：⑴进行机床多误差元素分析，研究影响数控机床加工精度的各项误差元素（包括热误差、切削力引起的误差、刀具磨损误差及机床原始几何误差等误差元素）；并在误差元素分析的基础上建立数控机床多误差元素表。多误差元素表的建立为数控机床误差元素的快速辩识奠定基础。⑵推导了四种结构加工中心综合数学模型及统一数学模型。在数控机床多误差元素分析及误差元素表的基础上，应用齐次坐标变换理论建立四种结构加工中心综合数学模型，在建立综合模型的过程中，得出四种结构加工中心综合误差模型的内在规律，首次提出了基于奇异函数的四种结构加工中心统一数学模型及多误差元素统一数学模型，统一数学模型的建立为数控机床多误差元素的检测与建模提供理论依据。⑶提出了基于正交多项式的几何误差表格化建模方法。该建模方法的优点在于无需预估数学模型的形式，避免了预估模型形式带来的误差，并且所有建模过程都在正交多项式计算表上进行，实现了误差建模的表格化。通过对机床几何误差的MATLAB分析，得出数控机床的几何误差与机床所在的空间位置有关，即使只有X坐标轴移动，当其所处的Y或Z坐标位置不同时，其几何误差也各不相同，即在进行机床误差补偿时，必须建立机床空间误差综合数学模型。⑷进行了基于ANSYS的机床整机热模态及热变形分析，分析结果表明，机床热变形具有滞后性，其滞后时间与非稳态导热傅里叶数有关，通过计算机床热扰动的扩散时间可以定量分析机床热变形的滞后时间，这一结论可有效预测机床热变形在停机后达到最大的时间。并在机床热模态及热变形分析的基础上，提出基于正交多项式与最小二乘合成的机床几何与热复合误差的建模方法。该方法的优点在于充分利用几何误差的建模结果，通过模型旋转得到不同温度下的热误差模型，建模效率及精度大大提高。⑸针对切削力引起的误差进行了基于ANSYS的模态分析和谐响应分析，得出高阶振型对机床部件及刀具、工件的动态特性起决定作用，为此必须使转动部件的频率远离结构的任何一阶固有频率，指出可通过限制主轴某些特定转速的手段避免机床各阶固有频率；在ANSYS分析的基础上，提出了基于电机电流的切削力误差检测及建模方法，该方法充分利用了数控系统实时电流读取窗口功能。⑹设计开发基于外部坐标偏移的误差实时补偿系统及基于工件坐标偏移功能的误差虚拟补偿系统。误差实时补偿系统以单片机为开发平台，经PMC与数控系统实时交互，通过机床外部坐标偏移功能实现机床误差实时补偿，并设计开发了以VB为平台基于正交多项式和最小二乘的误差建模软件，该软件可实现几何误差与热误差的综合建模，建模效率及精度高。误差虚拟补偿系统以VB为开发平台，动态嵌入BP神经网络功能及最小二乘功能，可实现不同切削条件下工件误差的动态建模，及基于时间序列的工件误差动态建模，并且可实现基于工件坐标偏移的多误差综合补偿。针对数控机床加工误差的聚类特性，提出了基于牛顿插值的聚类误差补偿策略，可实现不同切削条件及工况下的误差建模与补偿。⑺进行了多误差综合补偿验证。针对误差实时补偿系统，设计了叁轴加工中心、二轴数控车床及重型龙门导轨磨床的误差补偿实验，应用与光动公司合作开发的激光多普勒分步体对角线测量方法，应用误差实时补偿系统通过机床外部坐标偏移功能实现机床误差的实时补偿，通过补偿，上述机床的精度均有大幅提高。针对误差虚拟补偿系统及多误差聚类补偿策略，设计了一组轴的误差补偿实验，进行了基于宏的误差补偿验证，应用该方法可以在低成本的数控机床上达到较好的补偿效果。
参考文献：
[1]. 数控机床误差快速标定和评价系统的研究[D]. 刘红奇. 华中科技大学. 2004
[2]. 数控机床定位误差快速标定装置[D]. 吴丹丹. 华中科技大学. 2007
[3]. 叁杆少自由度混联机床精度分析及相关问题的研究[D]. 郭建烨. 东北大学. 2008
[4]. 加工中心在机复合式检测系统的关键技术研究[D]. 李鹏. 大连海事大学. 2012
[5]. R-test五轴数控机床旋转轴误差测量系统设计[D]. 刘健. 西南交通大学. 2018
[6]. 基于双目视觉的机床回转轴误差检测方法研究[D]. 丁立超. 大连理工大学. 2016
[7]. 数控加工精度在线检测技术研究与应用[D]. 唐文杰. 清华大学. 2009
[8]. 数控机床误差的快速标定及补偿技术[J]. 刘红奇, 李斌, 刘焕牢. 机床与液压. 2004
[9]. 基于计算机视觉定位的数控加工若干关键技术研究[D]. 王清秀. 武汉理工大学. 2008
[10]. 数控机床多误差元素综合补偿及应用[D]. 范开国. 上海交通大学. 2012
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