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《合肥工业大学》 2011年
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关节式坐标测量机热变形误差建模及修正研究

胡毅  
【摘要】:随着生产和科学技术的不断发展,现代制造业正朝着高效率、高精度、高质量及高智能等技术方向发展,对精密测量和精密加工提出了越来越高的要求,精密仪器和精密机床等设备的热变形是制约精密测量和精密加工精度进一步提高的主要因素之一。坐标测量机有着近五十年的发展历史,关节式坐标测量机后期发展而来,但由于其精度高、使用灵活、便携和对使用环境要求低等优点,得到了广泛的推广和应用,在我国的需求也与日俱增。关节式坐标测量机可以工作在10℃~40℃范围内,其热变形引起的测量误差为该机器的主要误差源之一,要实现测量机高精度测量必需对热变形误差加以修正。本文在关节式坐标测量机测量模型基础上,首次对测量机多温度误差源及误差特性进行了研究,并建立了基于神经网络和神经网络集成的关节式坐标测量机热变形误差修正模型,经实验,这对于减小关节式坐标测量机热变形误差有一定的效果。 论文在关节式坐标测量机测量模型和误差模型的基础上,对关节式坐标测量机的热特性进行了较为深入的研究,分析了在内、外热源作用下关节式坐标测量机上关节构件、臂、圆光栅传感器等热变形及对测量产生的影响。特别针对关节构件的热变形导致光栅动、定尺相互位置变化,论文采用傅里叶频谱分析方法,建立包含定动光栅位置姿态参数的光场输出模型,给出了定、动栅不平行时输出光场的数学表达式,并在matlab中进行了仿真,给出了不同偏角下的莫尔条纹误差值和及变化趋势。采用模糊聚类分析方法对关节式坐标测量机热变形误差建模及修正中温度测点进行分类,并确定以其中两个测点为参与建模的最佳温度测点。使用神经网络理论对关节式坐标测量机热变形误差数学建模进行了研究分析,以测头三坐标及两温度测点温度为输入、相对于20℃该点的变化量为输出构建了具有单隐层BP神经网络的关节式坐标测量机热变形误差模型。 考虑到测量机位姿对测量误差、温度误差的影响,提出了基于神经网络集成的决策级数据融合热变形误差修正模型,该模型中的两个子网络一个是基于空间坐标点的神经网络----在单一姿态下以测量空间点坐标为输入特征变量的热变形误差神经网络模型;另一个是基于测量机位姿的的神经网络----所选择的有限个空间测量点在不同测量位姿下六个角度为输入特征变量的热变形误差神经网络模型。将两网络数据融合以提高模型的泛化能力。 成功研制了关节式坐标测量机数据采集系统,该系统包括六个圆光栅传感器的数据采集、两个温度测点上温度传感器的数据采集及与上位机通信的电路,编制了下位机软件。系统采集的数据作为建模的数据样本。 建立了关节式坐标测量机温度实验系统。做了关节式坐标测量机上温度场分布实验;通过对一标准杆件的长度测量,给出了关节式坐标测量机在环境温度改变及内热对测量的影响,通过实验表明了必须要对测量机的热误差进行修正;就模型所需数据样本进行了长时间的测量采集,并用此对所建模型进行训练和仿真。实验结果表明所建模型对关节式坐标测量机热变形误差修正是有成效的,特别是融合模型,可使误差达到原误差的二分之一。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH721

【引证文献】
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1 颜秋男;基于ARM Cortex-M3嵌入式汽车车身电子测量系统设计[D];合肥工业大学;2012年
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3 袁文信;高速加工中心电主轴热误差补偿技术研究[D];郑州大学;2013年
4 张祝;二维接触式数字化轮廓测量仪的研究与开发[D];江南大学;2013年
5 张坤;双主轴非球面加工机床误差分析及检测研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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7 李耀军;潘泉;杨峰;李军伟;朱英;;基于多源信息融合的无人机感知与规避研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 张文广;史贤俊;肖支才;李新;;基于RBF神经网络的导弹舵机系统故障检测[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 张文广;史贤俊;廖剑;李新;;RBF神经网络在惯导系统传递对准中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 闫艳霞;李宏武;刘杰伟;冯伟;;颗粒镁喷吹氮气流量控制中BP神经网络整定PID控制器的研究[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
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10 孟凡文;面向光栅投影的点云预处理与曲面重构技术研究[D];南昌大学;2010年
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1 段守军;煤炭资源潜力评价研究[D];河南理工大学;2010年
2 王焯;基于模糊理论的尾矿坝安全现状综合评价[D];山东科技大学;2010年
3 成志新;无气泵动态血压监测系统设计[D];山东科技大学;2010年
4 曹自然;大型板类零件孔形位尺寸检测系统[D];长春理工大学;2010年
5 赵昊;微测位移传感器在轮毂跳动量中的应用[D];长春理工大学;2010年
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7 徐小任;基于BP神经网络的城镇网络地价评估模型研究[D];广西师范学院;2010年
8 吴家瑞;服装产品加工成本快速估算方法研究[D];浙江理工大学;2010年
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【同被引文献】
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4 郭策,孙庆鸿;高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算[J];东南大学学报(自然科学版);2005年02期
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10 尚平;费业泰;;柔性关节式坐标测量机的误差源分析与建模[J];工具技术;2009年08期
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1 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
2 程文涛;关节式坐标测量机标定技术研究[D];合肥工业大学;2011年
3 杨建国;数控机床误差综合补偿技术及应用[D];上海交通大学;1998年
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6 商鹏;基于球杆仪的高速五轴数控机床综合误差建模与检测方法[D];天津大学;2008年
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1 郭志强;水声通信算法半物理仿真平台的设计与开发[D];中国海洋大学;2010年
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3 邓鹏;交流伺服进给系统试验台的设计与仿真[D];西南交通大学;2011年
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8 张涛;基于OpenGL和机构学的手语合成[D];上海海事大学;2004年
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10 刘海波;精密光栅数据处理系统的研究[D];长春理工大学;2007年
【二级引证文献】
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1 陈厚文;智能室内照明[D];华南理工大学;2013年
【二级参考文献】
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3 苗恩铭;精密零件热膨胀及材料精确热膨胀系数研究[D];合肥工业大学;2004年
4 罗哉;精密机械中孔轴最佳热配合理论及应用研究[D];合肥工业大学;2005年
5 王学影;关节臂式坐标测量机系统研究[D];天津大学;2008年
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【相似文献】
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5 周罡;;使用坐标测量机测量评价零件形位公差的实例分析[A];江苏省计量测试学术论文集[C];2007年
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7 刘朋成;;涡轮盘榫槽偏移量检测方法改进[A];2010航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
8 刘又午;章青;赵小松;张志飞;;数控机床误差补偿——提高工作精度的基本途径[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年
9 池宪;锁小红;郭炜;安岩;;微小零件三维形貌检测系统的研究现状[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
10 王健;位恒政;;通过改造提高计量实验室恒温精度的工程探讨[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 杨前进 仝秀丽;用知识撑起一片蓝天[N];科技日报;2003年
4 青岛前哨朗普测量技术有限公司总经理 李洪全;自主创新使“前哨”闯出一条新路[N];中国机电日报;2000年
5 王磊;透视莱动产品创新[N];中华建筑报;2001年
6 通讯员 廖鲁 记者 胡波;前哨朗普再创佳绩[N];中国航空报;2002年
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3 陈诚;θFXZ型坐标测量机结构分析与驱动系统热误差模型的研究[D];天津大学;2010年
4 周文祥;非正交系坐标测量机理论及轮轨外形测量技术研究[D];西南交通大学;2005年
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6 王学影;关节臂式坐标测量机系统研究[D];天津大学;2008年
7 吴晓峰;超精密激光三维测量与控制技术研究[D];天津大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 张选高;可重构的关节臂式坐标测量机研究[D];浙江大学;2012年
5 赵会宁;关节类坐标测量机连杆微变形测试技术研究[D];合肥工业大学;2014年
6 邢科斌;无线智能光笔式坐标测量机的硬件电路设计[D];天津大学;2010年
7 鲁娜娜;平行双关节坐标测量机精度分析和标定技术的研究[D];天津大学;2010年
8 奚思;柔性关节式坐标测量机结构参数标定的采样策略研究[D];合肥工业大学;2012年
9 李杰;柔性关节式坐标测量机多参数模型建模方法研究[D];合肥工业大学;2012年
10 魏德勇;高速空间并联式坐标测量机非线性弹性动力学研究[D];山东科技大学;2011年
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