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三坐标测量机精度检测评定及虚拟坐标系统研究

林慎旺  
【摘要】:三坐标测量机为一现代大型与多功能的精密量侧仪器,已越来越显示出它的重要性和宽广的发展前景。它具有通用性强、测量准确可靠、数据处理方便等优点,并可融入自动化生产和弹性制造加工系统中。正因如此,国内外有关三坐标测量机的研究甚多,而其中三坐标测量机的误差修正是国际上最引人注目的研究焦点,包括:快速检测方法与检验机具的研究,动态误差修正与热变形误差修正研究等。本论文的主要目的在探讨三坐标测量机之静态、动态误差之评定,及误差修正补偿之实施;研究重点在针对球板检测三坐标测量机精度问题、三坐标测量机动态精度之评定等问题加以探讨;并提出一种检测修正三坐标测量机静、动态误差的新方法,及基于虚拟坐标测量系统的三坐标测量机误差修正与补偿方法之研究。具体研究内容如下: 在三坐标测量机与CNC机械的精度检定中,利用球板检定法有一定的应用前景:本论文对使用球板的精度问题进行论述,并深入的对检定时安放在工作台上的位置误差和球板的标定误差对检定结果精度的影响加以分析计算,同时研究重点在减少这两项误差影响的方法,提出球板精度的组合标定法;并对球板检定三坐标测量机精度进行实验研究,设计检定球板球间距的实验系统,并对三坐标测量机的轴向精度进行检定。 针对目前业界仍采用传统的静态测量精度理论来评定三坐标测量机的测量精度之不科学的做法,本文提出了三坐标测量机动态精度之评定原理,在对动态测量数据进行误差分离的基础上,根据国际测量不确定度原理,提出动态精度评定指标及其表达式;研制三坐标测量机动态标定实验装置——高精度双频激光测量系统,给出实验结果;并对提出的动态精度之评定原理进行了实验并加以验证。 本文同时提出并建立虚拟坐标测量系统理论;该理论从传统的测量仪器出发,将传统仪器的实物标尺系统虚拟化,克服了实物标尺系统加工制造困难,及造价高等缺点,将硬件结构简化;本文提出并建立初步的虚拟坐标测量系统模型,并在三坐标测量机上建立了一维虚拟坐标测量系统的实验模型,初步分析系统的系统误差与其随机误差源。 从二维及三维测量仪器衍化出二维及三维虚拟坐标测量系统,以一维虚拟坐标测量系统为基础,但与一维系统又有本质区别。本文提出将虚拟坐标测量系统融入测量仪器初步的精度检定方法;同时,亦建构了独立二维及三维虚拟坐标测量系统模型。 本研究同时进行虚拟坐标测量系统原理性之实验研究;以三坐标测量机为平台,设计一维虚拟坐标测量系统,利用该虚拟坐标测量系统,进行原理性实验,并对实验数据进行处理。同时,结合实验结果,对系统的误差进行了分析,并对结果进行误差修正,建立提高系统精度的有效方法。 本论文研究并建构的虚拟坐标量测系统,及检测并修正三坐标量机动静态全面的误差修正与补偿技术,为学术界及产业界提供新的方法,深具研究与应用价值。


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