光学 精密工程
2023, 31(22): 3289
北京工业大学材料与制造学部北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
为了解决Levenberg-Markuardt（L-M）算法在激光追踪仪多站位测量应用中收敛速度慢的问题，本文提出了信赖域半径策略优化L-M算法。通过调整搜索方向的正参数进行信赖域判定，确定每一次迭代最优的方向和步长，使得算法快速收敛到全局最优解。实验结果表明：所提算法有效提高了基于激光追踪仪多站位测量技术的三坐标测量机（CMM）规划测量点体积误差的收敛速度。优化L-M算法与L-M算法的结果具有一致性，但前者的收敛速度更快、算法精度更高。在进行激光追踪仪站位自标定时，L-M算法平均迭代1553次才能迭代到全局最优解，而信赖域半径策略优化L-M算法平均迭代9次即可迭代到全局最优解。在求解CMM测量点的实际坐标时，L-M算法的平均精度为2.30×10-7 mm，优化L-M算法的平均精度为8.75×10-10 mm。
测量 三坐标测量机 激光追踪仪 多站位测量 L-M算法 信赖域算法 中国激光
2023, 50(14): 1404007
光学 精密工程
2022, 30(16): 1978
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽合肥230009
2 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽合肥30009
关节臂式坐标测量机作为一种串联式结构的便携坐标测量仪器，其角度误差对其测量精度的影响呈放大效应。针对上述问题，在DH模型的基础上，提出了一种具有旋转轴倾斜误差运动补偿的关节臂式坐标测量机运动学建模方法，研究了旋转轴系误差运动分离方法并搭建相应的测试系统，建立了基于空间距离的结构参数误差标定模型并进行了实验。实验结果表明，相比于DH模型，采用具有旋转轴倾斜误差运动补偿的运动学模型，关节臂式坐标测量机的测量标准差由0.055 mm降低至0.037 mm。该模型能够有效提高关节臂式坐标测量机的测量精度。
精密测量 关节臂式坐标测量机 误差补偿 倾斜误差运动 运动学建模 precision measurement articulated arm coordinate measuring machine error compensation tilt error motion kinematic model 光学 精密工程
2021, 29(11): 2603
北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心, 北京 100124
提出了一种基于反距离权重(Inverse Distance Weighting, IDW)算法修正坐标测量机(Coordinate Measuring Machine, CMM)体积误差的方法。首先利用激光追踪仪多站位测量技术并结合列文伯格-马夸尔特 (Levenberg-Marquardt, L-M) 算法,获取了CMM空间测量点的体积误差。随后利用IDW算法对测量点的体积误差进行空间插值,从而获得了CMM整个测量空间内任意点的体积误差。实验结果表明,IDW算法对测量路径要求低,插值精度高,各个方向体积误差的误差吻合度均可达96%以上。研究结果为工件在测量空间中最优测量位置的选取提供了参考。
测量 坐标测量机 误差补偿 反距离权重法 激光追踪多站位测量技术 中国激光
2020, 47(12): 1204001
北京航空精密机械研究所 精密制造技术航空科技重点实验室，北京 100076
为了实现高压涡轮叶片上的气膜孔特征的高精高效测量，设计并搭建了一套非接触式的四轴视觉坐标测量系统。针对其中的回转轴线的空间位置标定难题，结合工业影像测头的成像特点，提出了一种基于视觉测量的回转轴线标定方法。在标定过程中，采用了定制的长方体标定块，并通过回转工作台与三坐标测量机之间的配合，使工业影像测头对焦于标定块的表面并采集到其锋利棱边的图像，而后再通过边缘提取、像素距离计算、物理距离转化和代数运算等步骤，最终确定了回转工作台的轴线在机器坐标系中的空间方位。最后，选用一个标称尺寸为80 mm的标准量块作为被测物体，以对标定方法及标定结果进行验证，各次测量结果的误差均小于±0.01 mm，并进行了合成标准不确定度的分析。实验结果表明：文中所提出的回转轴线标定方法能够达到较高的标定精度和较好的重复性，能够满足气膜孔形位参数的检测要求。
视觉测量 三坐标测量机 回转工作台 气膜孔 vision measurement coordinate measuring machine rotary table film cooling hole 红外与激光工程
2020, 49(4): 0413004
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230001
2 安徽理工大学 机械工程学院电控制系 安徽 淮南 232001
传统的关节臂测量机工作时是依靠工作人员牵拉实现运动和测量, 存在路径规划不佳、主观性误差大、测量效率低等问题很难适应智能制造对在线自动测量系统的新要求。本文提出了利用含有无刷电机、谐波减速器及精密轴系的模块化关节构成自驱动关节臂坐标测量机的构想, 并对模块化关节进行了构型设计, 建立了单关节扭矩估算模型, 在此基础上选择了关节2的电机和谐波减速器, 设计了关节模块的测控电路, 研制了单关节部件样机并进行了重复性实验。其中单方向测量数据表明, 为保证较小的测量重复性误差, 关节在运动时应尽量避免速度或加速度突变的运动形式; 双方向测量的数据表明, 当控制电机运动速率小于1.53 rad/s时, 测头因回弹产生误触发信号的概率较小, 此时最大误差数据为±2.11″。上述实验也验证了模块化关节设计方案的可行性, 为后续自驱动关节臂坐标测量机整机研制提供了理论和实验依据。
自驱动关节臂坐标测量机 模块化关节 扭矩估算 重复性实验 self-driven Articulated Arm Coordinate Measuring M Modular articulation torsion estimating repeatability experiment
1 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
2 北方红外技术股份有限公司，云南 昆明 650217
对基于三坐标测量机的大口径红外透镜曲率半径检测方法进行了研究。首先简要阐述了三坐标测量机测量透镜曲率半径的原理，然后根据此原理应用误差理论推导出该方法测量透镜曲率半径时的标准差估计公式，并进行了相关验证实验。实验结果证明该测量标准差估计公式正确，并据此对三坐标测量机测量曲率半径的测量范围以及测量精度进行分析。研究结果表明：由于测量精度随着球冠包角θ值的增大而迅速减小，使得该方法较适用于测量球冠包角θ值较大的大口径透镜。
光学检测 曲率半径测量 三坐标测量机 最小二乘法 测量标准差 optical test curvature radius measurement CMM the least square method the standard deviation of measurement
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
本文提出了一种求解最佳测量区的方法, 以进一步提高关节式坐标测量机的测量精度。首先,根据关节式坐标测量机的测量模型, 建立了基于圆编码器测角误差的关节式坐标测量机误差模型。利用蒙特卡洛理论得到6个关节转角的随机数, 采用数值法仿真分析测量机的测量空间。然后将包含测量空间的一立方体区域等间隔切割成343个小立方体区域, 采用蚁群算法确定每个小区域由于圆编码器误差所引起的最大测量误差。最后, 通过比较找到其中最大测量误差最小的区域, 即为最佳测量区。研究结果表明, 对于所研究的关节式坐标测量机, 各个小区域的最大误差为0.069 9~0.189 6 mm, 其中最小值为0.069 9 mm的区域为-100 mm≤x≤100 mm, -100 mm≤y≤100 mm, 400 mm≤z≤600 mm。采用本文方法确定的最佳测量区在测量空间内为一个立方体区域, 故在最佳测量区进行较高精度的测量具有实用性和可操作性。
关节式坐标测量机 蚁群算法 最佳测量区 Articulated coordinate measuring machine ant colony algorithm the optimal measurement zone
安徽工业大学 电气与信息工程学院, 安徽 马鞍山 243000
为了提高纳米坐标测量机探针的测量精度, 且能满足对复杂曲面或微结构进行精确测量的要求, 提出了一种新颖的基于微探针系统的光纤布拉格光栅(FBG)探针。该探针具有较高灵敏度和可重复性。提出该新型FBG探针, 即探针里有一个熔融的球形顶端, FBG作为应变传感器内置在测杆上。介绍了光纤探针的基本原理, 并利用有限元软件ANSYS 11对探针的应变分布在轴向和横向载荷两种典型配置分别进行了仿真分析, 结果表明仿真分析和理论计算相吻合。通过实验对光纤探针的灵敏度和分辨率分别进行测试。实验结果表明, 在轴向载荷条件下, 用位移分辨率为1.5 nm的压电换能器对探针进行性能测试, 得到光纤探针的测量分辨率为60 nm。即光纤探针具有较高的灵敏度和分辨率, 其性能满足实际测量需要。
光纤布拉格光栅 光纤探针 坐标测量机(CMM) 应变分布 分辨率 fiber Bragg grating optical fiber ANSYS 11 ANSYS 11 CMM strain distributions resolution
