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面向数控加工检测一体化的在线检测系统误差预测与补偿

文章  
【摘要】:复杂曲面零件在造船、航天、模具、和汽车等工业领域的应用越来越广泛。但这类复杂零件的加工精度要求高,相应的检测系统难于满足其快速、高精度、在线的检测要求,阻碍了我国精密装备制造业的发展。复杂曲面零件的检测通常采用离线检测方式,如三坐标测量仪,但其设备昂贵、运行环境要求高,且存在二次装夹误差等问题。而在线检测技术,即工件加工后直接在数控机床上进行误差检测,通过修改NC代码补偿加工误差即可形成“加工一测量一补偿”的一体化闭环系统,是近年来国内外的研究热点。本文针对面向数控加工检测一体化的在线检测系统中存在的难点问题,深入研究检测系统的误差预测与补偿方法,在基本误差补偿基础上,提出基于偏最小二乘回归的误差预测与二次补偿方法;提出基于Bootstrap方法的在线检测系统不确定度评定方法。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)深入调研在线检测系统误差分析与补偿的国内外研究现状,对在线检测系统的机床几何误差、测头半径误差以及接触式测头预行程误差分析与补偿技术进行综述分析,并指出该领域目前存在的难点问题。(2)分析影响接触式在线检测系统精度的各项因素以及补偿方法。对检测系统的主要误差来源如机床几何误差、测头半径误差和接触式测头预行程误差进行分析、测量和补偿,实现检测系统的一次误差补偿。(3)基于在线检测系统的一次误差补偿结果,重点分析系统残余误差,利用灰色系统理论,提出基于GM(1,1)模型和时间序列分析的ARIMA模型的残余误差预测方法,并进行效果分析。(4)在检测系统误差分析的基础上,提出基于偏最小二乘回归算法的在线检测系统残余误差回归模型,并按法矢方向将模型预测的误差进行补偿,完成对在线检测系统误差的二次补偿。并通过实例零件的实验研究,验证回归模型预测与补偿的效果。(5)提出基于Bootstrap方法的在线检测系统误差的标准不确定度评价方法,为在线检测系统的检测精度提供评价指标。(6)在上述研究的基础上,开发在线检测系统的“不确定度分析”模块和“在线检测系统误差预测与补偿”模块,实现了检测系统误差预测、补偿和不确定度评定等功能。


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