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三坐标测量机非刚性误差的分析与补偿

图

图5

计,否则也会因为剃齿不够而出现齿根凸台,影响齿

轮啮合效果。

编辑:胡红兵

收稿日期:2001年6月

三坐标测量机非刚性误差的分析与补偿

福州大学(350002)　刘　鹏　林述温

摘　要:根据移动桥式三坐标测量机非刚性效应测量误差的分布特征,通过对坐标测量机构件进行受力变形分析与建模,对坐标测量机的非刚性效应测量误差进行了分析,为高精度坐标测量机的误差补偿技术提供了新的思路。

关键词:三坐标测量机,　非刚性效应,　误差分析,　误差补偿

E rror Analysis and Compensation of N on 2rigid E rrors of CMM

Liu Peng et al

Abstract :According to the distribution feature of non 2rigid effect measuring errors of bridge 2type C M M ,the non 2rigid errors of C M M are analyzed by means of the stress distortion analysis and the m odeling for components of C M M ,and a new idea for the error compensation of high precision C M M is provided.

K eyw ords :C M M ,　non -rigid effect ,　error analysis ,　error compensation

1　引言

误差补偿是提高三坐标测量机测量精度的有效

途径,国内外有关专家对此进行了大量研究,提出了各种不同形式的误差补偿模型。但是,现有的误差补偿模型大多是基于坐标测量机为刚体模型的假设。随着对三坐标测量机测量精度的要求不断提高,基于刚体模型假设的误差补偿方式已难以完全满足补偿精度要求,因此必须对基于非刚性效应的误差补偿方法进行研究。

2　移动桥式坐标测量机的误差源分析采用等效坐标运动链系统误差分析法,将移动桥式三坐标测量机简化为由一系列连接构件和移动副组成的等效坐标运动链模型(如图1所示)。经过理论分析,推导出完全考虑非刚性误差效应的坐标

测量误差E =[E wx ,E wy ,E wz ]与准刚性误差E 、

非刚性误差ΔE w 的关系为[2]

E w =E +ΔE w

ΔE w =ΔE wx

ΔE wy ΔE wz

=Δa 3

Δb 3

Δc 3+00

δlwz (x b ,y b )

0 0 βlw (x b ,y b ) 0 0 -αlw (x b ,y b )-βlw (x b ,y b )　αlw (x b ,y b )

∑3

i =1

a i +x p

y p +y b -b 0z p +z b -c 0

式中　Δα3,Δ

b 3,Δ

c 3,———测头系统误差x b ,y b ,z b ———测头坐标系原点在工作台坐标

系中的坐标矢量

x p ,y p ,z p ———测头在测头坐标系中的坐标

αlw (x b ,y b ),βlw (x b ,y b )—

——移动桥式横梁沿x 导轨运动副运

动时,绕x 、y 轴

的非刚性效应转角误差

δlwz (x b ,y b )—

——运动部件沿x 导轨运动时在z 轴方向的非刚性效应直

线度误差

图1　移动桥式三坐标测量机的坐标运动模型

运动部件沿z 方向移动的6项基本运动误差则不受坐标测量机非刚性误差的影响,即不存在非刚性效应误差。

3　坐标测量机构件的受力变形分析

三坐标测量机的构件和导轨支承刚度有限,在自重、其它接触构件重力以及驱动力作用下会发生弹性变形。特别是在水平方向移动部件的重力作用下,受力的相连构件的弯矩、扭矩及其它内部应力和接触应力将随着移动部件在水平方向位置的变化而

发生相应变化,由此产生的弹性变形(包括构件的弯曲和扭曲变形、固定接合面与移动副的接触变形等)也将随之发生变化,从而导致三坐标测量机的测量误差发生变化。

3.1　导轨受力变形分析

移动桥式三坐标测量机的左导轨受力变形如图2所示。图中,L 1为左导轨总长度,R 为受力点,P 1

为移动架施加在左导轨上的力,q 1

为左导轨单位长度重量,A 、B 为两支点,N a 、N b 为两支点的支撑力。

图2　左导轨受力变形图

应用静力平衡条件可知

N a +N b =P 1+q 1q 1L 1/2+P 1x =N a ×L 1

由上式可求出A 、B 两点的支撑力N a 、N b 。由

材料力学分析可知受力点R 的挠度为

ΔV R =1

EI [-q 2L 3224x -P 3L 23

x 2+

3P 3+q 2L 212)x 3-(q 224+P 33L 2

)x 4]式中　x ———受力点R 在左导轨运动副中的位置坐

标

E ———弹性模量

I ———惯性矩(假设导轨的截面惯性矩是均匀

的)

可将上式简化为

ΔV R =a 1x +a 2x 2+a 3x 3+a 4x

(1)

右导轨受力变形如图3所示。图中,L 2为右导

轨总长度,P 2为移动架施加在右导轨上的力,q 2为右导轨单位长度重量,S 、T 为两受力点,C 、D 为两支点,N c 、N d 为两支点的支撑力。

图3　右导轨受力变形图

同样,应用静力平衡条件可求出N c 和N d 。由材料力学分析可知受力点S 和T 的挠度为

ΔV s =b 0+b 1(x +d 1)+b 2(x +d 1)2

b 3(x +d 1)3+b 4(x +d

1)4

ΔV T =c 0+c 1(x -d 1)+c 2(x -d 1)2+

c 3(x -

d 1)3+c 4(x -d 1)4

(2)

式(1)、式(2)即为左、右导轨的支撑点和受力点的挠度计算简式。

3.2　横梁受力变形分析

移动桥式三坐标测量机的横梁受力变形如图4所示。图中,L 3为横梁长度,U 、V 为两受力点,P 3为滑架施加在横梁上的力,q 3为横梁单位长度重

图4　横梁受力变形图

量,E 、F 为两支点,N e 、N f 为两支点的支撑力

。

应用静力平衡条件可求出N e 和N f 。由材料力学分析可得出受力点挠度为

ΔV =

1EI [(2L 21d 2+4L 1d 3+2d 4

)-q 1L 3124

y +(2L 21)

+8L 2d +12d 2)y 2

q 1L 1

y 3

+(2+

q 1

)y 4

]

式中　y ———受力点在横梁运动副中的位置坐标

受力点U 、V 的挠度计算简式为ΔV U =e 0+e 1(y +d 2)+e 2(y +d 2)2

+e 3(y +d 2)3+e 4(y +d 2)4ΔV V =f 0+f 1(y -d 2)+f 2(y -d 2)2 +f 3(y -d 2)3+f 4(y -d 2)4

(3)

移动架与导轨的接触状态如图5所示。图中,

L 为两轴承S 、T 的中心跨距,A 0为两轴承S 、T 的

中心点。

图5　移动架与导轨的接触状态简图

当构件沿x 轴运动时,非刚性效应的直线度误差δlwz (x ,y )可表示为

δlwz (x ,y )=

[(Δ

V s +ΔV T )/2-ΔV R ]y L 3

ΔV U +ΔV V

式中,(ΔV s +ΔV T )/2为A 0点的力变形量。αlw (x b ,

y b ),βlw (x b ,y b )的推导与δlwz (x ,y )的推导过程类

似,因此有δlwz (x ,y )=[(ΔV S +ΔV T )/2-ΔV R ]y

L 3

ΔV U +ΔV V

βlw (x ,y )=(ΔV S -ΔV T )y

2d 1L 3

αlw (x ,y )=

ΔV U -ΔV V )x 2d 2L 2+

[(ΔV S +ΔV T )/2-ΔV R ]

L 3

(4)

将式(1)～(3)代入式(4),经化简后可得

δzw (x ,y )=δz (x )+δlwz (x ,y )

=δz (x )+A 0+A 1y +A 2y 2+A 3y 3+A 4y

+A 5xy +A 6x 2y +A 7x 3y +A 8x 4y

βw (x ,y )=β(x )+βlw (x ,y )

=β(x )+B 0y +B 1xy +B 2x 2y +B 3x 3y +B 4x 4y

αw (x ,y )=α(x )+αlw (x ,y )

=α(x )+C 0+C 1x +C 2x 2+C 3x 3+C 4x 4+C 5xy +C 6xy 2+C 7xy 3+C 8xy 4

(5)

式中　δz (x ),αw (x ),βw (x )—

——坐标测量机的三项纯几何误差

A n (n =0～8),

B m (m =0～4),

C n (n =0～9)———未知参数

由式(5)可知:δz (x )+A 0+A 1y +A 2y 2+A 3y 3+

A 4y 4、

β(x )+B 0y 和α(x )+C 0+C 1x +C 2x 2+C 3x 3

+C 4x 4代表坐标测量机的准刚性误差。A 5xy +

A 6x 2y +A 7x 3y +A 8x 4y 、

B 1xy +B 2x 2y +B 3x 3y +B 4x 4

y 和C 5xy +C 6xy 2

+C 7xy 3

+C 8xy 4

代表坐标测

量机的非刚性误差。

4　坐标测量机测量误差的实测分析

本研究采用激光干涉仪对移动桥式三坐标测量机的测量误差进行了实测分析。为了将非刚性误差

与纯几何误差分离,采用了平面网格测量法。在Y 方向上选取多个测量点,沿X 方向测量δzw (x ,y )、

a w (x ,y )和βw (x ,y )值。由于这些测量点的准刚性

误差值相同,因此可将测得值代入式(5),建立方程

组计算非刚性误差。由于采用多点测量,因此需要求解线形最小二乘的超定方程组,可以应用豪斯荷尔德(H ouseholder )变换法求解方程组中的各项参数。 5　结语

由于三坐标测量机构件和运动副的非刚性,其运

动部件沿X ,Y 方向移动时的某些基本误差不仅取决于移动方向的坐标位置,而且与运动部件在XOY 平面内垂直于移动方向的坐标位置有关,即某些误差是

X 坐标位置与Y 坐标位置共同耦合的结果。

参考文献

1　Zhang G et al .Error compensation of coordinate measuring ma 2chines.Annals of the CIRP ,1985,34(1):445～448

2　林述温,吴昭同,卞铭键.三坐标测量机几何和热效应误

差综合补偿策略的研究.浙江大学博士学位论文,1997

3　Ni J ,Wu S M.An on -line measurement technique for ma 2chine error compensation ,AS ME T ransactions ,Journal of Engi 2

neering for Industry ,1993,115(1):85～92

4　林述温,吴昭同.三坐标测量机非刚性效应测量误差分布

特征.仪器仪表学报,2001(4):172～175

编辑:张　宪

收稿日期:2001年7月

基于背压式气动测量的喷油嘴偶件自动分选/选配机

合肥工业大学(230009)　胡生清　王永红

摘　要:研制了基于背压式气动测量和8031单片机控制的喷油嘴偶件(针阀、针阀体)自动分选/选配机,介绍了系统测量原理以及气路特性、气电转换、误差补偿、信号处理与控制电路、测量程序设计等关键技术。

关键词:喷油嘴偶件,　气动测量,　自动分选/分配,　气电转换

Automatic Sorting/Matching Machine for I njector V alve and Orifice

B ased on B ackpressure Pneumatic Measurement

Hu Shenqing et al

Abstract :The automatic s orting/matching machine for injector coupling parts (valve and orifice )based on the backpressure pneumatic measurement and 8031MC U control is developed.The measuring principle of the system and s ome key technologies ,including air -path character ,pneumatic -electric transition ,error compensation ,signal processing and controlling circuit and design of measuring program are introduced.

K eyw ords :injector valve and orifice ,　pneumatic measurement ,　automatic s orting/matching ,　pneumatic -electric transition

1　引言

由针阀和针阀体组成的喷油嘴偶件(如图1所示)是柴油发动机燃油系统的重要部件。该偶件配合精度要求高,加工批量大,

为了降低零件加工难度,提高偶件配合精度,生产中通常采用自动分选和选配的方法进行检验和装配。

图1　喷油嘴偶件气动测量是一种应用较广泛的精密测量技术,

常用的气动量仪根据测量原理可分为流量式和压力式两大类。由于流量式气动测量的气电转换方式比

较复杂,因此在零件自动测量分选系统中应用不多。本研究采用背压式气动测量原理和半导体气电转换元件,利用单片机强大的信息处理和误差自动补偿功能,研制了喷油嘴偶件(针阀、针阀体)自动分选/选配机。

2　系统总体设计方案

喷油嘴偶件(针阀、

针阀体)气动自动分选/选配机的系统总体设计方案如图2所示。

图2　系统总体设计方案

3　背压式气动量仪的气路特性背压式气动量仪的气路原理如图3所示。

由气源1提供的的稳压气体(压力为P c )通过主喷嘴2(直径为d 1)进入气室3,气室3的另一端与

测球半径补偿误差.

三坐标测量机测头的测球半径补偿误差 1950年英国FERRANTI公司制造出第一台数字式测头移动型三坐标测量机、1973年前西德OPTON公司完成三维测头设计并与电子计算机配套推出第一个三坐标测量系统以来，经过几十年的快速发展，坐标测量技术已臻成熟，测量精度得到极大提高，测量软件功能更加强大，操作界面也日益完善，生产厂家遍布全球，开发出了适于不同用途的三坐标测量机型。几十年的发展充分证明，现代三坐标测量系统打破了传统的测量模式，具有通用、灵活、高效等特点，可以通过计算机控制完成各种复杂零件的测量，符合机械制造业中柔性自动化发展的需要，能够满足现代生产对测量技术提出的高精度、高效率要求。除用于空间尺寸及形位误差的测量外，应用坐标测量机对未知数学模型的复杂曲面进行测量，提取复杂曲面的原始形状信息，重构被测曲面，实现被测曲面的数字化，不仅是坐标测量机应用的一个重要领域，也是反求工程中的关键技术之一，近年来也得到快速发展。 1 测头的分类测量头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的部件。三坐标测量机的工作效率、精度与测量头密切相关，没有先进的测量头，就无法发挥测量机的卓越功能。坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。按测量方法，可将测头分为接触式（触发式）和非接触式两大类。触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头；非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等。本文讨论的重点为触发式测头。 (1)机械接触式测头接触式测头又称为“刚性测头”、“硬测头”，一般用于“静态”测量，大多作为接触元件使用。这种测头没有传感系统，无量程、不发讯，只是一个纯机械式接触头。机械接触式测头主要用于手动测量。由于人工直接操作，故测头的测量力不易控制，只适于作一般精度的测量。由于其明显的缺点，目前这种测头已很少使用。 (2)电气接触式测头电气接触式测头又称为“软测头”，适于动态测量。这种测头作为测量传感器，是唯一与工件接触的部件，每测量一个点时，测头传感部分总有一个“接触—偏转—发讯—回复”的过程，测头的测端与被测件接触后可作偏移，传感器输出模拟位移量的信号。这种测头不但可用于瞄准(即过零发讯)，还可用于测微(即测出给定坐标值的偏差值)。因此按其功能，电气接触式测头又可分为作瞄准用的开关测头和具有测微功能的三向测头。电气接触式测头是目前使用最多的测头。 2 测球半径补偿误差 (1)测针的选择正确选择和使用测头是影响三坐标测量机的测量精度的重要因素。测针安装在测头上，是测量系统中直接接触工件的部分，它与测头的通讯式连接渠道称作触发信号。如何选用合适的测针类型和规格取决于被测工件的特征，但是在任何情况下，测针的刚性和测球的球度都是不可或缺的。工业用红宝石是高硬度的陶瓷材料，红宝石测球具有很好的球度，测量时红宝石测球的球头磨损可忽略不计。测针针杆一般用非磁性的不锈钢针杆或碳钨纤维针杆，以保证测针的刚性。测

数控车床丝杠螺距误差的补偿

项目数控车床丝杠螺距误差的补偿一、工作任务及目标 1．本项目的学习任务（1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法；（2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。 2．通过此项目的学习要达到以下目标（1）了解螺距误差补偿的必要性；（2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法；（3）能够正确设置螺距误差参数。二、相关知识滚珠丝杠螺母机构数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。 1、滚珠丝杠螺母机构的结构滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图1；在丝杠1 和螺母 4 上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管 3 连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。

2、进给传动误差螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为0.012mm/300mm。反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。

立式加工中心机床的螺距误差补偿(精)

立式加工中心机床的螺距误差补偿随着我国制造业的飞速发展，数控机床制造技术也在不断地发展，同时对数控机床的各项性能提出了越来越高的要求。机床的定位精度便成为了衡量机床性能的一项重要指标。机械结构当中不可避免的摩擦、间隙，以及装配误差成为了制约机床定位精度的主要因素。由此，数控系统的制造商开发出了螺距误差补偿功能，借此以消除或者削弱以上因素对机床定位精度的影响，从而达到更好的加工效果。发那科与西门子两大公司在这个领域表现得尤为出色，以下将对这两种数控系统的螺距误差补偿方法进行详细介绍。 1.发那科数控系统机床的误差补偿（以FANUC 0i-MD为例） 1.1基本概念 1.1.1补偿点的指定各轴的补偿点的指定，可通过夹着参考点的补偿点编号指定(+)侧、(-)侧来进行。机械的行程超过(+)侧、(-)侧所指定的范围时，有关超出的范围，不进行螺距误差补偿（补偿量全都成为0）。 1.1.2补偿点号补偿点数，在螺距误差设定画面上提供有共计1024 点，从0 到1023。通过参数将该编号任意分配给各轴。另外，螺距误差设定画面中，在最靠近负侧的补偿号前，显示该轴的名称。 1.1.3补偿点的间隔螺距误差补偿的补偿点为等间隔，在参数中为每个轴设定该间隔。螺距误差补偿点的间隔有最小值限制，通过下式确定。螺距误差补偿点间隔的最小值＝最大进给速度（快速移动速度）÷7500 1.2相关参数 (1)1851 每个轴的反向间隙补偿量。 (2)1852 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量。 (3)3620 每个轴的参考点的螺距误差补偿点号。 (4)3621 每个轴的最靠近负侧的螺距误差补偿点号。 (5)3622 每个轴的最靠近正侧的螺距误差补偿点号。 (6)3623 每个轴的螺距误差补偿倍率。 (7)3624 每个轴的螺距误差补偿点间隔。注：以上参数中3620，3621，3622，3624修改后需要切断电源并重新上电才生效，其余参数修改后复位即可生效。 1.3操作方法（以X轴行程为850mm的丝杠为例，全长采集20个数据） 1.3.1连接激光干涉仪 1.3.2设置参数

FANUC数控机床螺距误差的检测分析与应用_赵宏立

FANUC 数控机床螺距误差的检测分析与应用赵宏立（沈阳职业技术学院，沈阳110045 ）1数控机床螺距误差补偿原理与检测分析随着精密加工和精益生产的市场需求，数控机床这种高效高精的自动化设备逐渐在我国普及和使用，由于设备的长期运转和磨损，机床自身的精度需要定期校准，特别是数控机床的重复定位精度和定位精度的检测和补偿，直接影响产品的加工精度和效益。在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的检测和补偿方法。Fanuc 数控机床的螺距误差补偿功能有一定的代表性，下面针对Fanuc 数控机床进行螺距误差的检测分析和补偿。1.1 螺距误差补偿与检测原理在半闭环数控系统当中，重复定位精度和定位精度很大程度上取决于数控机床的滚珠丝杠精度，由于滚珠丝杠存在制造误差和长期加工使用带来的磨损，其精度必然下降，故所有的数控机床都为用户提供了螺距误差补偿功能。螺距误差补偿是将指定的数控机床各轴进给指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控机床各轴全行程上的误差偏移值，再将误差偏移值补偿到数控系统中，则数控机床各轴在运动时控制刀具和工件向误差的逆方向产生相对运动，自动补偿误差偏移值，提高机床的加工精度。1.2 螺距误差补偿应用与分析我们知道，在大多数数控系统中螺距误差补偿只是对机床的线性补偿段起作用，只要在数控系统允许的范围内补偿就会起到补偿作用，每轴的螺距误差可以用最小移动单位的倍数进行补偿，一般以机床参考点作为补偿原点，在移动轴设定的各补偿间隔上，把应补偿的值作为固定参数设定。如图1所示为步距规采用线性补偿方法进行检测。但一般情况下丝杠的使用是不均匀的，经常使用的地方必然就要磨损得多，用线性补偿只是进行统一均匀线性补偿，不能照顾到特殊的点，而采用点补偿正好能满足这一点，螺距补偿才会没有误差。为了减少点补偿的误差，应该尽量选取较小的螺距补偿点间距。点补偿的优点是能针对不同点的不同误差值进行补偿，解决了不同点不同螺距误差的补偿问题，补偿的精度高。缺点是测量误差时比较麻烦，需用专业的测量仪器跟踪各点测量。如图2所示，采用定点补偿法进行螺距误差补偿的检测。摘要： Fanuc 数控机床在我国数控加工领域占据着主导地位，它的精度和性能指标直接取决于数控机床的定位精度和重复定位精度。在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。利用激光干涉仪或步距规测得的实际位置与数控机床移动轴的指令位置相比较，计算出全程上的误差分布曲线，在数控系统控制移动轴运动时考虑该误差差值并加以补偿,可以使数控机床的精度达到更高水平。关键词：定位精度；螺距误差；检测；补偿中图分类号：T G502.13文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2010）05－0038－03 Analysis and Application of Thread Pitch Error Compensation in Fanuc CNC Machine ZHAO Hong-li （Shenyang Polytechnic College,Shenyang 110045,China ） Abstract ：Fanuc CNC Machine Tools dominated the field of NC machining in China,its accuracy and performance depends directly on the positioning accuracy and repeat positioning accuracy of CNC Machine Tools.In practical applications,the function of pitch error compensation is the most cost effective and direct method of CNC system.The actual position measured by using laser interferometer or a step gauge is compared with the instructions position of CNC machine moving axis,the position error curve is calculated out on the whole distribution,the error value is compensated in the moving-axis CNC system control movement.So the accuracy of CNC machine tools can be achieved a higher level. Key words ：position accuracy;screw pitch error;measure; compensation 图 1 利用步距规进行线性螺距误差检测图2利用激光干涉仪进行定点补偿检测 ACADEMIC COMMUNICATION 学术交流理论/研发/设计/制造机械工程师2010年第5期 38

. 三坐标测量机测头的测球半径补偿误差的计算

三坐标测量机测头的测球半径补偿误差的计算 2010-2-5 15:49:00 来源：《工具技术》阅读：161次我要收藏【字体：大中小】摘要：介绍了三坐标测量机的发展与测量头的分类，结合实例重点分析了触发式测头的测球半径补偿误差的产生原因、计算方法和预防措施。 1 引言从1950年英国FERRANTI公司制造出第一台数字式测头移动型三坐标测量机、1973年前西德OPTON公司完成三维测头设计并与电子计算机配套推出第一个三坐标测量系统以来，经过几十年的快速发展，坐标测量技术已臻成熟，测量精度得到极大提高，测量软件功能更加强大，操作界面也日益完善，生产厂家遍布全球，开发出了适于不同用途的三坐标测量机型。几十年的发展充分证明，现代三标测量系统打破了传统的测量模式，具有通用、灵活、高效等特点，可以通过计算机控制完成各种复杂零件的测量，符合机械制造业中柔性自动化发展的需要，能够满足现代生产对测量技术提出的高精度、高效率要求。除用于空间尺寸及形位误差的测量外，应用坐标测量机对未知数学模型的复杂曲面进行测量，提取复杂曲面的原始形状信息，重构被测曲面，实现被测曲面的数字化，不仅是坐标测量机应用的一个重要领域，也是反求工程中的关键技术之一，近年来也得到快速发展。 2 测头的分类测量头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的部件。三坐标测量机的工作效率、精度与测量头密切相关，没有先进的测量头，就无法发挥测量机的卓越功能。坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。按测量方法，可将测头分为接触式(触发式)和非接触式两大类。触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头；非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等。本文讨论的重点为触发式测头。

下垂补偿功能的原理

西门子840D数控系统补偿功能bjxtdlhzzj,2008-11-10 19:22:11 一、西门子840D数控系统的补偿功能西门子840D数控系统提供了多种补偿功能，供机床精度调整时选用。这些功能有： 1、温度补偿。 2、反向间隙补偿。 3、插补补偿，分为： (1) 螺距误差和测量系统误差补偿。 (2)下垂补偿（横梁下垂和工作台倾斜的多维交叉误差补偿）。 4、动态前馈控制（又称跟随误差补偿）。包括：速度前馈控制和扭矩前馈控制。 5、象限误差补偿（又称摩擦力补偿）。分为：常规(静态) 象限误差补偿和神经网络(动态)象限误差补偿。 6、漂移补偿。 7、电子重量平衡补偿。在西门子840D功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中，都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。但是在下垂补偿功能描述中却指出，下垂补偿功能具有方向性。这样，如果下垂误差补偿功能，在基准轴和补偿轴定义为同一根轴时，就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿，由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。二、840D下垂补偿功能的原理 1、下垂误差产生的原因：由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。 2、840D下垂补偿功能参数的分析：西门子840D数控系统的补偿功能，其补偿数据不是用机床数据描述，而是以参数变量，通过零件程序形式或通用启动文件(_INI文件) 形式来表达。描述如下： (1) $AN_CEC[t，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。 (2) $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称。 (3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的轴名称。 (4) $AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离。 (5) $AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置： (6) $AN_CEC_MAX[t]: 基准轴补偿终止位置 (7) $AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向。其中： ★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=0：补偿值在基准轴的两个方向有效。 ★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=1：补偿值只在基准轴的正方向有效，基准轴的负方向无补偿值。 ★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=-1：补偿值只在基准轴的负方向有效，基准轴的正方向无补偿值。 (8) $AN_CEC_IS_MODULO[t]：基准轴的补偿带模功能。 (9) $AN_CEC_MULT_BY_TABLE[t]：基准轴的补偿表的相乘表。这个功能允许任一补偿表可与另一补偿表或该表自身相乘。 3、下垂补偿功能用于螺距误差或测量系统误差补偿时的定义方法：根据840D资料的描述，机床的一个轴，在同一补偿表中，既可以定义为基准轴，又可以

三坐标测量机球头测针补偿技术

三坐标测量机球头测针补偿技术* 李君波助理工程师(第七一七研究所) 摘要: 介绍了手动三坐标测量机测头跟踪原理,并分几种情况探讨了使用球头测针进行点位测量时,被测点坐标值的补偿方法及实现途径。关键词: 三坐标测量机球头测针补偿 * 收稿日期:1999-11-20。 1 引言在使用手动三坐标测量机对工件进行多点位测量时,由于被测物体形状各异,工作量很大。因此,提高硬件测量速度、改进操作流程、增强软件容错性及软件智能性等是提高测量效率的主要手段。 2 测头跟踪机制测头跟踪机制是一种增强软件智能性的技术。其工作原理如下 : 图1 链队列示意图图2 循环队列示意图每次测量一个点位,无论是重测还是新测,测针都需要运动一段距离,因此可在软件中设置跟踪机制,自动追踪测针的运动轨迹,根据采集到的测针碰触被测点位之前一段距离的坐标值集C OOR-SE T ={node 1,node 2, ,node n}(node n 为跟踪的最后一个坐标值)。可分析测针从何方位碰触被测点位,再在使用球头测针时自动补偿,而不必在测量之前手动指定测量方位,增强了测量的智能化程度,提高了工作效率。因为必须保存坐标值集COOR-SET 并且需在测针运动时不断更新数据、加入最新的坐标值、去除最老的坐标值,因此,坐标值集COOR-SE T 构成一个先进先出的队列。可采用两种方式实现,即链队列和循环队列。若采用链队列的方式,当加入新的结点P 同时删除最老的队头结点时,进行如下操作: new(P); 申请新结点; p->data=xyz data;p->next=NI L; 填入数据域,指针域置空;

西门子840D数控系统螺距误差补偿知识

西门子840D数控系统螺距误差补偿西门子840D数控系统不同于以前曾广泛应用的810T/M和840C等老数控系统,它并没有提供专门的双向螺距误差补偿功能，通过对840D系统中的下垂补偿功能的分析研究，找到了一种方法，成功的解决了进行双向螺距误差补偿的问题。关键词：数控系统下垂补偿功能双向螺距误差补偿由于机床丝杠在制造、安装和调整等方面的误差，以及磨损等原因，造成机械正反向传动误差的不一致，导致零件加工精度误差不稳定。因此也必须定期对机床坐标精度进行补偿，必要时要做双向坐标补偿，以达到坐标正反向运动误差的一致性。一、西门子840D数控系统的补偿功能西门子840D数控系统提供了多种补偿功能，供机床精度调整时选用。这些功能有： 1、温度补偿。 2、反向间隙补偿。 3、插补补偿，分为： (1) 螺距误差和测量系统误差补偿。 (2)下垂补偿（横梁下垂和工作台倾斜的多维交叉误差补偿）。 4、动态前馈控制（又称跟随误差补偿）。包括：速度前馈控制和扭矩前馈控制。

5、象限误差补偿（又称摩擦力补偿）。分为：常规(静态) 象限误差补偿和神经网络(动态)象限误差补偿。 6、漂移补偿。 7、电子重量平衡补偿。在西门子840D功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中，都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。但是在下垂补偿功能描述中却指出，下垂补偿功能具有方向性。这样，如果下垂误差补偿功能，在基准轴和补偿轴定义为同一根轴时，就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿，由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。二、840D下垂补偿功能的原理 1、下垂误差产生的原因：由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。 2、840D下垂补偿功能参数的分析：西门子840D数控系统的补偿功能，其补偿数据不是用机床数据描述，而是以参数变量，通过零件程序形式或通用启动文件(_INI文件) 形式来表达。描述如下： (1) $AN_CEC[t，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。 (2) $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称。 (3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的轴名称。 (4) $AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离。 (5) $AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置： (6) $AN_CEC_MAX[t]: 基准轴补偿终止位置 (7) $AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向。其中：

13、螺距误差补偿及反向间隙补偿

螺距误差补偿及反向间隙补偿根据下表设置螺距误差补偿相关参数：参数号参数位设定值设置说明 3620 X Z 100 200 每个轴的参考点的螺距误差补偿点号 3621 X Z 负方向最远的补偿位置号根据下面的公式进行计算：参考点的补偿位置号—(负方向的机床行程/补偿位置间隔)+ 1 100-（1000/50）+1=81 所以负方向补偿位置号设置为81 3622 X Z 正方向的最远补偿位置号根据下面的公式进行计算：参考点的补偿位置号+(正方向的机床行程/补偿位置间隔)+ 1 100+（0/50）+1=101 所以参考点正方向补偿位置号为101. 3624 补偿点间隔输入格式为无小数点输入格式，由于X轴为直径值编程，所以X轴补偿点间隔应为实际补偿点间隔的2倍，应设置为100000，为 100mm. 参数号参数位设定值设置说明 1800 #4(RBK) 是否分别进行切削进给/快速移动反向间隙补偿 0: 不进行。 1: 进行。 1851 X Z 每个轴的反向间隙补偿量，设置后，回零

生效 1852 X Z 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量，回零生效由于FANUC系统螺距误差补偿采用增量式的补偿方式，所以在进行螺距误差补偿时，需根据补偿数据进行补偿数据的设定个。下表为螺距误差补偿表由于每个补偿点的最大补偿值只能到7，在上表中可以看到，在-400mm测量位置处出现了一次22的值，此点是所有补偿点误差的最大值，所以补偿倍率按此点进行计算，而且考虑其它点的误差值，将补偿倍率设置为3倍。补偿倍率设置为3倍，所有的补偿值都放大了三倍，所以在补偿数据处看到的是计算值的1/3,如果测量人员给出的是补偿值，那么补偿数据就按上图中的数据进行输入，如果给出的

三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究

三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究发表时间：2019-07-03T11:27:05.697Z 来源：《防护工程》2019年第6期作者：林强[导读] 让测量人员了解三坐标测量过程中的误差来源及如何消除误差,使测量值更接近于实际值,具有较强的工程实践意义。中车沈阳机车车辆有限公司辽宁省沈阳市 110142 摘要：20世纪60年代初,三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine,简称CMM)首次面市,这是一种精密的高效测量仪器。三坐标测量级的技术基础是计算机,数控,电子技术的极大发展。需求来源是由于数控机床以及零件形状复杂化而产生的配套测量设备的需求。时至今日,三坐标测量机已经由简单的配套设备转变为加工控制设备。在现如今的航天航空、汽车、机加工等行业中被广泛应用。已成为现代工业检测和质量控制不可缺少的测量设备。因此,使用好CMM,使其在生产中发挥其应有的作用,显得至关重要。测量误差在工程实践中不可避免,让测量人员了解三坐标测量过程中的误差来源及如何消除误差,使测量值更接近于实际值,具有较强的工程实践意义。关键词：三坐标测量机；测量误差；补偿方法作为精密测量仪器,三坐标测量机在产品设计、加工制造、检测等领域得到广泛的应用与推广。但在实际的测量过程中,仍然会有测量误差的产生,如测头测针磨损、测量路径选择不当等因素。因此,分析误差源并采取合适的补偿方法,是提高测量精度行之有效的途径。 1三坐标测量机误差分类根据误差特性的不同,可将误差分为准静态误差和动态误差。准静态误差是指由于外界因素和自身结构引起的误差,而动态误差引起的原因是多方面的,会随时间变化而变化。 2三坐标测量机误差源分析 2.1准静态误差源分析三坐标测量机静态误差的原因是多方面的,如测量环境的温度、湿度、振动、机导向机构的运动、测头磨损,以及测量方法等不确定因素造成的。 2.2动态误差源分析三坐标测量机是一个由机体、驱动部分、控制系统、导轨支承、侧头部分、计算机及软件等组成的整体。测量速度会随着测量任务的变化而经常性的变化,在测量过程中,会受到较大的惯性力。由于三坐标测量机的运动部件和导轨是弱刚度性,因此运动部件会在惯性力的作用下产生偏转,测针会偏离正交位置并产生动态误差。由于三坐标测量机的导轨支承的运动精度会随着三轴的移动速度变化而变化,在此过程中会伴随着测头接触力、测头等效半径和冲击力的变化,导致三坐标测量机的移动速度和逼近距离产生偏差,动态误差随之产生。 3三坐标测量机误差补偿方法 3.1三坐标测量机温度补偿方法三坐标测量机温度补偿主要由三部分组成:标温下结构参数标定、温度实时采集系统和误差补偿系统。首先测量机利用自身系统获得标准温度下的结构参数,并作为标准结构参数。温度采集系统将采集到的实时温度与当前环境下的温度进行对比和计算,将温度偏差值按照温度热变形误差公式进行实时补偿,反过来,提高了三坐标测量机的测量精度。 3.2动态误差补偿方法 3.2.1软件修正法补偿根据三坐标测量机的动态误差产生时间节点不同,可分为实时误差与非实时误差。实时误差的补偿方法是对现场的误差数据即时地进行误差补偿,这种方法误差修正精度较高,但需要系统具有伺服驱动,成本较高。非实时误差补偿是对系统采集到的误差数据进行分析校正,这种方法成本低,应用较为广泛。本文采用软件修正的方法对三坐标测量机的动态误差进行非实时误差补偿。该软件使用三次样条原理对误差进行插值计算,并绘出误差曲线图。根据样条函数理论,离散误差点样条函数的节点即是误差点,在三次样条函数拟合后,可以得到误差曲线的模型,拟合精度高,适用性强。 3.2.2测量力误差补偿测量机在测量过程中,由于受测量力的影响会产生弯曲变形,导致测杆偏离测量理论准确位置,导致测量误差的产生。根据三坐标测量机测头和测杆的结构,建立测杆的弯曲变形模型。分析上述模型,可得到测量力对测量杆产生的横向位移ωY和压缩ωZ,其计算公式：根据上式可得到测量力与横向位移、压缩位移的关系。根据上述关系,可按照测量力的大小对测杆的横向位移和压缩位移进行补偿。 3.3确保测头校正的准确性测头校正的目的，是校正出测杆的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时，产生的误差，将全部加入到测量中去。因此，要保证头校正的准确。使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法，来检查校验精度。如果对测量精度的要求比较高，需要重新校正测头，以确保数值精确。 3.4采取正确的测量方法三坐标测量仪的测针，越短越好。根据测量经验，测针越短，测量结果越准确。对于比较精密的测量，一定要使用比较短的测针进行测量。尽量的减少接头与长杆，也可以提高测量的精度。在使用三坐标测量仪进行测量的时候，要尽量的做到侧头的直径范围尽量的大。因为使用三坐标测量仪进行测量，测头是最重要的一个测量配件，会直接的对测量的结果造成影响。 3.5减小三坐标测量机测量同轴度误差

螺距误差补偿

螺距误差补偿螺补有关的参数： MD32450MA_BACKLASH[ ] （轴反向间隙补偿） MD32700MA_ENC_COMP_ENABLE[ ] = 0 可以写补偿值 = 1 补偿文件写保护MD38000MA_MM_ENC_COMP_MAX_POINTA[ ]（轴螺补补偿点数）螺补的步骤（以X轴为例）： 1参数MD38000，按照X轴的全行程以及步长必须小于150mm的规则确定要补偿的点数（最好是一次确定并更改所有需要螺补轴的补偿点数）。更改完此参数后会出现一个报警4000，此时不要做NCK Reset，此时应该做NC备份。备份完后作POWER ON。 2在“Programe”（程序）中“Workpiece Programe（工件程序）”拷入各个轴的螺补程序LBX，LBY，LBZ等。 3在Service（服务）中找寻Data selection，在打开的界面中选择NC_active_data，回到data manage（数据管理）中打开NC_active_data，会出现meas.system_error_comp目录，再打开此目录会出现几个子目录：meas.system_error_comp_axis1（axis2，Axis3，axis4，……）,点击axis1,按copy出现一个面板，将axis1复制到LB中，回到“workpiece（工件）”的LB 中，将出现AX1—EEC程序，此程序就是X轴的数据补偿程序。其他轴同理。 4在对机床进行螺补之前，应先走一遍所测轴全程，确定所测轴的全程间隙，如果过大需要调整光栅钢带的长度，使得所测轴全程激光测得的数与显示屏显示的数相差范围在0.02mm以下。 5设置MD32700= 0，将X轴以LBX的程序运行一遍（注意要设置好LBX里的步长，全长等数据），将激光测试出的各个点的误差及反向间隙数据采集下来。把各个点的误差数据以及程序的步长，最大和最小点一次写入AX1—EEC程序（注意不要改变数据的正负号），将反向间隙写入MD32450。 6在auto方式下选择AX1—EEC程序，并执行此程序。将MD32700设置为1，按“MD 参数生效”，作一次复位，使补偿值生效。再执行LBX程序，再检验X轴精度是否合格。 7如果精度检验不合格，可能有以下几种情况： ⑴定位精度不合格。需要分析一下激光曲线，具体看是否有地方出现较大拐点等，要检查钢带外壳的直线度并调整，最好控制在0.05mm以内，重复E，F步骤，再次补偿。 ⑵重复精度不合格。这个问题就比较复杂，对于螺补数据几乎不可能，因为它完全来源于机械的安装，只能寄希望于机械的安装精度合格了。也许唯一能解点

FANUC的进给运动误差补偿方法

无锡职业技术学院毕业设计说明书机械技术学院毕业设计论文 FANUC的进给运动误差补偿方法学生姓名：指导教师姓名：所在班级所在专业论文提交日期论文答辩日期答辩委员会主任主答辩人系年月日

FANUC的进给运动误差补偿方法目录毕业设计任务书 (1) 开题报告 (2) 第一章进给运动误差补偿方法 (6) 1.1常见进给运动误差 (7) 1.1.1反向间隙误差补偿 (8) 1.1.2螺距误差补偿 (9) 1.1.3摩擦补偿 (11) 第二章进给误差数据采集与补偿参数的设置 (12) 2.1激光干涉仪 (12) 2.1.1单频激光干涉仪 (12) 3.1 双频激光干涉仪 (13) 3.1.1 雷尼绍激光校准系统 (14) 3.1.2 测量误差分析 (19) 3.2误差补偿参数的设置 (20) 毕业设计总结 (23) 参考文献 (24) 致谢 (25) 外文翻译 (26) 2

无锡职业技术学院毕业设计说明书机械技术学院毕业设计任务书课题名称FANUC的进给运动误差补偿方法指导教师王小平职称高级技师专业名称数控设备应用与维护班级数控设备10832 学生姓名尹耀强学号1061083237 课题需要完成的任务： 1．根据课题调研查阅资料，了解国内外现状、进展，编写调研报告。 2．收集技术资料、图纸进行设计或分析探讨。 3．对不同类型设计的分析, 进行方案论证，确定总体方案。 4．完成毕业设计的论文。 5． 3000单词量的外文资料的翻译（专业相关科技类）。课题计划： 2月21日—2月25日；确定毕业设计课题。 2月28日—3月 4日；收集整理英文翻译资料。 3月 7日—3月11日；查阅技术资料，完成课题的前期调研工作，完成英文翻译。3月14日—3月18日；完成课题相关资料收集，进行毕业论文构思。 3月21日—3月25日；完成毕业论文初稿。 3月28日—4月01日；完成毕业论文初稿。 4月04日—4月08日；修改、完善毕业论文，定稿。 4月11日—4月20日；整理打印毕业设计资料，完成答辩计划答辩时间： 4月20日数控技术系（部、分院） 2011 年3月 1 日 1

机床螺距误差补偿知多点

机床螺距误差补偿知多点 1.什么是螺距误差开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。 2.螺距误差补偿的原理螺距误差补偿的基本原理就是将数控机床某轴上的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。这样数控系统在控制该轴的运动时，会自动考虑到误差值，并加以补偿。 3.螺距误差补偿方法硬件方法提高机床部件的加工装配精度，此方法不仅受到加工机床精度等级的制约，而且随着加工精度的提高，加工成本呈指数级增加，效益不高；软件方法通过SJ6000激光干涉仪采集数控机床的定位精度，再利用数控机床的可编程、智能性，对机床误差进行补偿从而达到提高机床精度的要求。采用这种方法，无需对数控机床的硬件进行改造遍可较大幅度的提高数控机床的加工精度。 4. SJ6000激光干涉仪基本参数

稳频精度：0.05ppm 动态采集频率：50 kHz 预热时间：约8分钟工作温度范围：(0~40)℃ 存储温度范围：(-20~70)℃ 环境湿度：(0~95)%RH 空气温度传感器：±0.1℃(0~40)℃，分辨力0.01℃材料温度传感器：±0.1℃(0~55)℃，分辨力0.01℃空气湿度传感器：±5%RH (0~95)%RH 大气压力传感器：±0.1kPa (65~115)kPa 测量距离：(0~80)m (无需远距离线性附件) 测量精度：0.5ppm (0~40)℃ 测量分辨力：1nm 测量最大速度：4m/s

一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法

第４１卷第５期２０１８年１０月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ.４１Ｎｏ.５Ｏｃｔ.２０１８项目来源:全球普适无缝的ＩＯＰＳ多源融合与协同定位机制研究项目(６１７７１１５０)；桂林电子科技大学研究生教育创新计划项目(２０１７ＹＪＣＸ３８) 收稿日期:２０１７－０９－２２修改日期:２０１７－１２－０９ＨｅａｄｉｎｇＥｒｒｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＨａｎｄ-ＨｅｌｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｓｓ? ＸＵＤｅｃｈａｎｇ,ＣＡＩＣｈｅｎｇｌｉｎ?,ＬＩＳｉｍｉｎ,ＷＡＮＧＹａｎａ (ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ,ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,ＧｕｉｌｉｎＧｕａｎｇｘｉ５４１００４,Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｇａｉｎｓｔｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｄｅｍａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓｈｅａｄｉｎｇｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ,ａｎｈｅａｄｉｎｇｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｗｈｉｃｈｅｘｐｌｏｉｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇ.Ａｎｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｏｎｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓｅｒｒｏｒ.Ｍａｋｉｎｇｕｓｅｏｆｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｄｅｓｃｅｎｔｍｅｔｈｏｄ,ｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｓｏｌｖｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄａｔａ.Ｕｎｄｅｒｔｈｅａｉｄｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇｏｆｔｈｅｇｙｒｏｓｃｏｐｅ,ｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄａｔａａｆｔｅｒｔｈｅｔｉｌｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｔｈｅｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｅｆｆｅｃ-ｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓｅｒｒｏｒ,ｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｈｅａｄｉｎｇａｎｇｌｅｃａｎｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｉｎ１?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓ；ｈｅａｄｉｎｇｅｒｒｏｒ；ｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇ；ｇｒａｄｉｅｎｔ-ｄｅｓｃｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄＥＥＡＣＣ:６１２０Ｂ；０２９０Ｂｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－９４９０.２０１８.０５.０３８一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法 ? 徐德昌,蔡成林?,李思民,王亚娜 (桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林５４１００４) 摘要:针对传统的磁罗盘补偿方法计算量大二需要标定设备的问题,提出了一种利用陀螺仪相对航向辅助校准的方法三在分析磁罗盘误差的基础上建立了误差模型,采用梯度下降法解出姿态信息对磁场数据进行倾斜补偿,在陀螺仪相对航向角的辅助下,采用最小二乘法拟合经过倾斜补偿后的磁场数据求解出误差模型的系数三实验数据表明,该算法能够有效的对磁罗盘误差进行补偿,可以将磁罗盘的航向角测量误差控制在１?之内三关键词:磁罗盘；航向误差；相对航向；梯度下降法；最小二乘法中图分类号:ＴＰ２１６.１文献标识码:Ａ文章编号:１００５－９４９０(２０１８)０５－１２７５－０５电子磁罗盘是一种通过测量所在环境磁场在三轴磁传感器各轴向上的分量来计算载体的航向角的传感器[１],具备体积小,成本低,误差不累计等优点三而电子磁罗盘在使用过程中会受到周围环境中各种铁磁性物质的影响,因而在使用前有必要对电子磁罗盘进行校正补偿[２]三目前电子磁罗盘航向误差校准方法比较常用的有:椭圆拟合法 [３－５] ,椭球拟合法 [６] 和以外部基准为辅助的误差补偿法 [７] 三当外界没有干扰时,磁罗盘水平旋转一周后,Ｘ轴和Ｙ轴测得的磁场分量应该是圆心在原点的正圆分布三磁罗盘所在环境存在干扰磁场时,正圆分布就畸变成椭圆分布,椭圆拟合法通过水平旋转设备测量Ｘ轴和Ｙ轴的数据,计算出椭圆模型的参数,然后将椭圆分布补偿为正圆分布三但是椭圆拟合法只能用于水平旋转的情况,当设备发生倾斜,例如设备为手持式时就不能保证精度,这极大地制约了该方法的应用场合三椭球拟合法将两维拟合扩展到三维拟合,虽然考虑到了姿态所带来的误差,但是其方法复杂,计算量大三以外部基准为辅助的补偿方法只能在有无磁转台的情况下才能实现,由于需要额外的设备,这些补偿方法不能做到随时随地对电子磁罗盘进行补偿,实用性受到很大的制约三本文提出了一种利用陀螺仪角速率积分得到的短期相对航向角作为辅助信息对磁罗盘航向角误差万方数据

三坐标测量机的测头半径补偿与曲面匹配

三坐标测量机的测头半径补偿与曲面匹配李　春　刘书桂 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室　天津　300072) 摘要　在非均匀双三次B—样条函数的基础上,导出自由曲面任意点的法矢量通用算法,进而提出自由曲面测头半径补偿公式;为了更好的消除自由曲面测量中的定位误差,提出了应用单纯形法,对测量原始点进行坐标平移和旋转变换,从而较好的解决了曲面匹配问题。关键词　自由曲面　测头补偿　曲面匹配 The Probe Radius Compensation of Free-form Surface and Surface Matching Li　Chun　Liu Shugui (State K ey L abor atory of Pr ecision M easur ing T echnology and I nstr ument, T ianj in Univ er sity,T ianj in300072,China) Abstract　Based on non-uniform B-splines,a new current algorit hm w it h normal vect or of random f ree-form surf ace's point is deduced,and more,a formula w it h probe compensation is proposed.We offer a arit hmet ic named simplex met hod in order t o eliminat ing orient at ion error in the process of free-form surface measurement.It can sett le surface mat ching well by shif ting and rotating the measuring coordinat e syst em. Key words　Free-f orm surf ace　Probe compensat ion　Surf ace matching 1　引言三坐标测量机由于其测量精度和智能化程度较高,广泛应用于制造业的CAD/CAM、产品检测和质量控制[1]。用三坐标测量机的球形测头测量自由曲面时,得到的数据是测头中心轨迹,由于测头总有一定的半径r,因此测得的是与被测曲面相距r的包络面。为了得到所需的测量表面,需要求出球心轨迹面所构成的包络面,这个过程被称为测头半径补偿。在实际测量过程中,并不能做到实际曲面和标准曲面完全重合,需要将被测曲面进行旋转、平移等坐标变换,使被测曲面与标准曲面大致重合,从而达到曲面检测的目的,这个过程称之为曲面匹配。 2　测头半径补偿方法用球形测头测量曲面时,测头与被测曲面为点接触, 测头半径补偿的关键是确定曲面在接触点处的法矢。球测头与被测曲面接触时,球心一定在被测点的法线上,而且被测点一定在球心轨迹面过球心点的法线上。因此不论能否得知被测面的法线方向或是球心面的法线方向,都能对测头半径进行补偿。本文提出了一种新方法,不在测量过程中补偿测头半径,而只是收集测头中心坐标值,然后应用曲面建模理论,计算出球心各点的法矢量值,继而补偿测头半径。 (1)自由曲面的偏导数求法首先,根据三坐标测量机所得的原始测量点,我们可以反求出双三次B—样条自由曲面的模型[2]: S(u,v)=∑ n i=0 ∑m j=0 N i,4(u)N j,4(v)P i,j(1) 其中N i,4 (u),N j,4 (v)为双三次B—样条基函数, P i,j为控制预点。先求曲面沿u向的切矢量,即对S(u,v)求偏导: S u(u,v)= u S(u,v) =∑ m j=0 N j,4(v i, 第24卷第4期增刊仪　器　仪　表　学　报 2003年8月