關(guān)節(jié)式坐標測量機熱變形誤差建模及修正研究.pdf

1、隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代制造業(yè)正朝著高效率、高精度、高質(zhì)量及高智能等技術(shù)方向發(fā)展,對精密測量和精密加工提出了越來越高的要求,精密儀器和精密機床等設(shè)備的熱變形是制約精密測量和精密加工精度進一步提高的主要因素之一。坐標測量機有著近五十年的發(fā)展歷史,關(guān)節(jié)式坐標測量機后期發(fā)展而來,但由于其精度高、使用靈活、便攜和對使用環(huán)境要求低等優(yōu)點,得到了廣泛的推廣和應(yīng)用,在我國的需求也與日俱增。關(guān)節(jié)式坐標測量機可以工作在10℃～40℃范圍內(nèi),其熱

2、變形引起的測量誤差為該機器的主要誤差源之一。要實現(xiàn)測量機高精度測量必需對熱變形誤差加以修正。本文在關(guān)節(jié)式坐標測量機測量模型基礎(chǔ)上,首次對測量機多溫度誤差源及誤差特性進行了研究,并建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的關(guān)節(jié)式坐標測量機熱變形誤差修正模型,經(jīng)實驗,這對于減小關(guān)節(jié)式坐標測量機熱變形誤差有一定的效果。
　　 論文在關(guān)節(jié)式坐標測量機測量模型和誤差模型的基礎(chǔ)上,對關(guān)節(jié)式坐標測量機的熱特性進行了較為深入的研究,分析了在內(nèi)、外熱源作

3、用下關(guān)節(jié)式坐標測量機上關(guān)節(jié)構(gòu)件、臂、圓光柵傳感器等熱變形及對測量產(chǎn)生的影響。特別針對關(guān)節(jié)構(gòu)件的熱變形導(dǎo)致光柵動、定尺相互位置變化,論文采用傅里葉頻譜分析方法,建立包含定動光柵位置姿態(tài)參數(shù)的光場輸出模型,給出了定、動?xùn)挪黄叫袝r輸出光場的數(shù)學(xué)表達式,并在matlab中進行了仿真,給出了不同偏角下的莫爾條紋誤差值和及變化趨勢。采用模糊聚類分析方法對關(guān)節(jié)式坐標測量機熱變形誤差建模及修正中溫度測點進行分類,并確定以其中兩個測點為參與建模的最佳溫度

4、測點。
　　 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對關(guān)節(jié)式坐標測量機熱變形誤差數(shù)學(xué)建模進行了研究分析,以測頭三坐標及兩溫度測點溫度為輸入、相對于20℃該點的變化量為輸出構(gòu)建了具有單隱層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)節(jié)式坐標測量機熱變形誤差模型。
　　 考慮到測量機位姿對測量誤差、溫度誤差的影響,提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的決策級數(shù)據(jù)融合熱變形誤差修正模型,該模型中的兩個子網(wǎng)絡(luò)一個是基于空間坐標點的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)--在單一姿態(tài)下以測量空間點坐標為輸入特征變量的熱變形

5、誤差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；另一個是基于測量機位姿的的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)--所選擇的有限個空間測量點在不同測量位姿下六個角度為輸入特征變量的熱變形誤差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。將兩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合以提高模型的泛化能力。
　　 成功研制了關(guān)節(jié)式坐標測量機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),該系統(tǒng)包括六個圓光柵傳感器的數(shù)據(jù)采集、兩個溫度測點上溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集及與上位機通信的電路,編制了下位機軟件。系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)作為建模的數(shù)據(jù)樣本。
　　 建立了關(guān)節(jié)式坐標測量機溫度實驗系統(tǒng).做了