1 大连理工大学 机械工程学院，辽宁大连6024
2 大连理工高邮研究院有限公司，江苏 高邮5600
为实时检测二维线性模组的运动误差，搭建了误差实时测量系统。该系统由四自由度运动误差测量模块、滚动角误差测量模块和线性光栅尺组成，实现单轴六自由度运动误差测量。基于齐次坐标转换矩阵（Homogeneous Transformation Matrix，HTM）原理构建二维模组的空间误差模型，对功能点的实际空间位置进行表示；完成测量系统标定实验，并基于阿贝-布莱恩原则处理实验数据完成比对实验。最终，测量系统的定位误差、直线度误差和角度误差测量精度分别达到±1.2 μm，±1.3 μm和±1''，并根据空间误差模型分析二维线性模组XZ平面对角线位置的测量误差。结果表明，使用二维线性模组空间误差模型求解后，XZ平面对角线位置的测量误差由68 μm降至13 μm，证明采用该系统进行线性模组误差测量是有效的；此外，因为加载状态下二维线性模组各位置的运动误差会改变，为验证测量系统能够实时测量出线性模组的空间误差变化，在Z轴滑块上加装质量为2 kg的标准砝码进行对照实验。结果显示，在使用二维线性模组空间误差模型求解后，XZ平面对角线位置的测量误差由56 μm降至14 μm。
误差测量系统 二维线性模组 空间误差模型 实时测量 error measurement system two-dimensional linear module spatial error model real-time measurement 光学 精密工程
2023, 31(21): 3111
大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116024
为了提高半导体激光器的光束稳定性, 减少长距离测量中激光光束的漂移, 本文设计了基于BP神经网络结合PID控制(BPNN-PID)的双反射镜激光器光束漂移自动补偿系统。在该系统中, 将两个四象限光电探测器分别置于测量近端和测量远端, 作为激光光束漂移的测量单元; 用两个带有压电陶瓷致动器(PZT)的二维角度调整架作为激光光束方向的调整单元。建立了激光光束漂移量与调整单元角度变化的模型, 并根据测量单元的输出, 通过BPNN-PID方法反馈控制调整单元的角度, 从而自动补偿激光光束漂移。实验结果表明: 使用该激光器光束漂移补偿方法, 在15 min时间内, 用于测量直线度误差和角度误差的激光测量系统的稳定性在测量距离1 m处, 分别从未控制时的±9 μm和±5″提高到了±3 μm和±1.5″。
激光测量 长距离测量 半导体激光器 光束漂移 BP神经网络结合PID控制 laser measurement long-distance measurements laser diode beam drift BPNN-PID 光学 精密工程
2020, 28(11): 2393
1 大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116024
2 襄阳华中科技大学先进制造工程研究院, 湖北 襄阳 441053
为提高现有数控机床空间误差分析方法的准确度, 本文基于阿贝原则对齐次转换矩阵(HTM)几何误差补偿模型进行优化。首先, 推导出XYFZ型三轴机床适用的HTM几何误差补偿模型并给出模型正确使用的前提条件; 然后, 基于阿贝原则分析了三轴机床的空间误差传递机理, 指出阿贝误差对机床定位精度的影响, 给出理论计算公式并在机床运动轴上进行实验验证; 最后, 基于阿贝原则和布莱恩原则对现有的HTM几何误差补偿模型进行优化, 采用该模型拟合体对角线空间误差, 并与实测机床体对角线误差进行对比验证。现有HTM几何补偿模型可将机床空间误差由41.15 μm补偿至16.37 μm, 补偿率为60.22%; 优化后的补偿模型可将机床空间误差补偿至5.32 μm, 补偿率为87.07%, 提高了26.85%。实验结果表明, 优化后的补偿模型更加合理, 进一步改善了空间误差的补偿精度。
数控机床 几何误差 补偿模型 阿贝原则 CNC machine tools geometric error compensation model Abbe principle
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥 230009
为解决微电子机械系统(MEMS)器件三维尺寸高精度测量的难题，研制了一种适用于微纳米三坐标测量机的新型高精度三维接触触发式探头。该探头只用了一个基于四象限感测器的二维角度传感器即可同时实现对测球三维运动的高精度感测。介绍了探头的结构和原理，建立了探头的灵敏度模型和刚度模型，用最优化方法得出了探头结构参数的最优解。对探头的刚度、感测范围、灵敏度、稳定性及触发重复性等性能指标进行了测试。实验结果表明：探头的刚度在三轴方向基本相同 , 约为 1 mN/μm；允许触碰范围超过 12 μm；灵敏度大于 0.5 mV/nm；在恒温环境 (20±0.025)℃下，1.3 h内的位移漂移量约为 20 nm；触发测量重复性小于 40 nm(K=2)。该探头具有精度高、测力小、体积小、成本低、装调方便等优点，可被用于微纳米三坐标测量机。
位移测量仪表 微纳米三坐标测量机 接触触发式探头 弹性机构 测微力计 displacement measuring instruments micro/nano CMM touch-trigger probe elastic mechanism micro force measurement apparatus
