三坐标测量机动态误差补偿的研究焦作
时间：2022/07/21 06:53:31 编辑：
三坐标测量机动态误差补偿的研究
三坐标测量机动态误差补偿的研究 2011： A Study of Compensation for Dynamic Errors of CMMSSong Kaichen(Zhejiang University Hangzhou 310027)Zhang Yiqun Li Shuhe Zhang Guoxiong(Tianjin University Tianjin 300072)Abstract The dynamic errors of three coordinates measuring machine during fast probing are studied in this paper.For a moving bridge machine under investigation,the dynamic error sources are analyzed,a model for dyna-mic error is made and the errors are measured completely.The test results show that the repeatability of dynamic errors is good.The errors can be compensated by software method to enhance the accuracy of the CMMs.Key words Three coordinates measuring machine Dynamic error Compensation1 引 言 三坐标测量机是一种大型通用的高精度检测仪器，对保证产品的质量起着重要的作用。随着生产的发展，对测量速度的要求也越来越高。在高速扫描测量过程中，测头的运动速度和加速度均很大，这种情况下影响测量精度的不仅仅是测量机本身的静态误差，动态误差也非常显著。人们对静态误差的研究已经比较成熟了，通过补偿可大幅度提高低速触发测量的精度〔1、2〕，而高速扫描测量中动态误差的研究还几乎是个空白。2 动态误差源2.1 测量机的结构 本文以一台移动桥式三坐标测量机为研究对象，如图1所示。花岗岩工作台上装有移动桥，沿右侧导轨运动，形成x坐标轴。x轴是单边驱动的。滑架沿横梁的花岗岩导轨运动，形成y坐标轴。z轴在滑架内上下运动，形成z坐标轴。导轨型式为气浮块和花岗岩组成的空气轴承。 图1 测量机结构简图2.2 动态误差源的理论分析 高速测量过程中，在加速和减速时加速度很大，运动体分布质量引起惯性力，使机体部件产生弯曲和扭转变形。同时由于测量机的气浮块与导轨的连接刚度不足，导致空气轴承产生转角变形。若将气浮轴承简化为弹簧，将桥体视为弹性变形体，可得到桥体部件在x方向惯性力作用下的变形情况，如图2所示。 1 x导轨 2 气浮轴承 3 桥柱 4 横梁 5 滑架 6 z轴图2 桥体部件变形情况 在x方向有加速度时，测头的转角变形εZ(x)｜测头=εZ(x)｜气浮轴承+εZ(x)｜桥柱+εZ(x)｜横梁该测量机在x方向的设计不符合阿贝原则，设阿贝臂长为l，那么这一动态转角误差造成的动态定位误差为εZ(x)｜测头*l。由于各部件的质量、横截面积、材料等参数难以准确获得，用理论方法很难精确计算误差的大小，所以机体的动态变形用测量转角的方法确定。2.3 动态误差源的实验分析 实验中采用两台相同型号的激光干涉仪，通过测量转角间接得出各部件的变形。以检测桥体变形为例说明，如图3所示。检测部位为A、B、C三点。在x轴以不同的速度和加速度运动的情况下，同时测量A、B两点及B、C两点处的水平转角和垂直转角。测量值分别用下面的符号表示。 图3 动态误差实测示意图εAZ(x) 沿x轴运动，A点绕z轴的转角； εAY(x) 沿x轴运动，A点绕y轴的转角； εBZ(x) 沿x轴运动，B点绕z轴的转角； εBY(x) 沿x轴运动，B点绕y轴的转角； εCZ(x) 沿x轴运动，C点绕z轴的转角； εCY(x) 沿x轴运动，C点绕y轴的转角。 那么εAY(x)和εAZ(x)分别表示空气轴承的气隙变化引起运动机体部分的俯仰和偏摆变形；εBY(x)-εAY(x)表示AB桥柱的弯曲变形；