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基于在机测量的曲面共形电路3D打印误差补偿方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 66-74页

作者：刘清涛魏栋杰杨鹏涛尹恩怀吕景祥长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 西安瑞特三维科技有限公司西安710061

基于3D打印技术制备曲面共形电路具有广阔的应用前景,然而,由于曲面基材加工误差和导电线路定位误差的影响,导致曲面电路3D打印头高度难以精确控制,进而影响打印精度。为此,本文以气动式直写打印为研究对象,提出了一种“在机测量+线路... 详细信息

基于3D打印技术制备曲面共形电路具有广阔的应用前景,然而,由于曲面基材加工误差和导电线路定位误差的影响,导致曲面电路3D打印头高度难以精确控制,进而影响打印精度。为此,本文以气动式直写打印为研究对象,提出了一种“在机测量+线路模型重构”的打印头高度误差补偿方法。设计了一种曲率自适应测量点选取方法,利用NURBS曲线反算法对测量数据进行重构,还原真实线路模型。通过生成真实线路的打印轨迹,替换原始理论打印轨迹,补偿了打印头高度误差。自主搭建了一套集成了在机测量系统的曲面共形电路3D打印平台,设计了直线、圆弧与NURBS自由曲线3种形状的线路,进行补偿前后电路打印的对比实验。结果表明,未进行补偿前,在线路曲率较大的地方,线路在基板上的波峰处会产生拉丝现象,波谷处会产生堆叠现象,而补偿后的导线线宽比较均匀;进一步对每条导线的电阻进行测量,发现各条线路补偿前的电阻值波动较大,补偿后的电路的电阻值均匀,且相较补偿前平均降低65.99%,最大电阻降幅达85.75%。

关键词：曲面共形电路 3D打印在机测量误差补偿模型重构 NURBS曲线

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基于误差分布图的五轴在机测量路径优化方法

航空学报 2024年第13期45卷 229-241页

作者：郭彦亨万能庄其鑫刘博李欣欣王道西北工业大学机电学院西安710072 中国航发南方工业有限公司株洲412002

五轴在机测量中,测量路径规划同时决定标定效率、测量效率和机床定位误差影响下的测量精度。为了获得兼顾测量精度与效率的最优测量工艺,提出了一种基于误差分布图的在机测量路径优化方法。首先,根据干涉检查结果构建各待测点的测量可... 详细信息

五轴在机测量中,测量路径规划同时决定标定效率、测量效率和机床定位误差影响下的测量精度。为了获得兼顾测量精度与效率的最优测量工艺,提出了一种基于误差分布图的在机测量路径优化方法。首先,根据干涉检查结果构建各待测点的测量可行图。接着,利用定位误差影响模型预测可行图内的测量误差分布。为满足在机测量精度和效率最优,以测量误差作为精度优化目标,结合测量路径长度和标定点数量构建效率优化目标,建立多目标优化模型。基于NSGA-Ⅱ求解模型,优化测量路径。最后,以离心式叶轮为例进行验证,采用此方法不仅能减少红宝石触碰点和测量路径长度以提高效率,同时还能精确补偿预行程误差并减少引入的机床定位误差影响以提升测量精度,实验结果表明该优化方法使标定时间减少55.28%,测量时间减少10.2%,同时平均测量误差减少26.7%,说明该方法具有良好的可行性。

关键词：在机测量测量可行图测量误差预行程误差路径规划

基于在机测量的薄壁叶片加工误差建模与补偿方法

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航空制造技术 2024年第7期67卷 68-76页

作者：葛广言周德润马骋冯晓冰杜正春上海交通大学上海200240 浙江日发精密机械股份有限公司绍兴312500 通用技术集团机床工程研究院有限公司大连分公司大连116620

薄壁叶片具备结构复杂、刚度弱、材料难加工等特性,且在加工过程中受到力导致变形、刀具磨损及机床精度演变等多源影响,造成其加工精度差、周期长。针对此问题,提出了基于在机测量的薄壁叶片加工误差建模与补偿方法,建立了基于机器学习... 详细信息

薄壁叶片具备结构复杂、刚度弱、材料难加工等特性,且在加工过程中受到力导致变形、刀具磨损及机床精度演变等多源影响,造成其加工精度差、周期长。针对此问题,提出了基于在机测量的薄壁叶片加工误差建模与补偿方法,建立了基于机器学习的加工误差模型以及基于迭代系数的补偿值修正计算方法,开发了基于数控系统原点偏移功能的加工误差实时补偿系统,实现了复杂工况下薄壁叶片加工误差的在机检测、自动建模与实时补偿。薄壁叶片铣削加工验证试验结果表明,在机测量-补偿加工后的薄壁叶片无论是弹性变形为主的背部还是塑性变形为主的前部,其加工误差均得到较好的抑制,有效提高了其加工精度。

关键词：薄壁叶片在机测量误差建模实时补偿一体化制造

基于特征样件在机测量的机床偏摆误差辨识及其不确定度评估

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制造技术与机床 2024年第7期 164-169页

作者：唐越吕军冯晓冰杜正春上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 通用技术集团机床工程研究院有限公司大连分公司辽宁大连116620

机床几何误差的测量和补偿可以提高机床的加工精度。随着机床在机测量技术的发展,在机测量特征样件辨识几何误差逐渐应用到机床的精度检查中。文章提出了一种基于特征样件在机测量的机床偏摆误差辨识方法,应用激光干涉跟踪仪验证了辨识... 详细信息

机床几何误差的测量和补偿可以提高机床的加工精度。随着机床在机测量技术的发展,在机测量特征样件辨识几何误差逐渐应用到机床的精度检查中。文章提出了一种基于特征样件在机测量的机床偏摆误差辨识方法,应用激光干涉跟踪仪验证了辨识方法的正确性,分析了安装误差对于偏摆误差辨识的影响。应用自适应蒙特卡洛法结合误差椭圆评估了在机测量特征样件辨识偏摆误差的不确定度,且应用GUM法验证了不确定度评估方法。特征样件在机测量偏摆误差的方法能够获得可接受的几何误差辨识精度,可作为传统的基于激光干涉测量技术的几何误差辨识的替代方法,非常适合机床精度的周期性检查,来保持机床加工质量的一致性。

关键词：在机测量特征样件机床偏摆误差误差辨识不确定度

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基于聚类的群孔特征在机测量摆角规划方法

机床与液压 2024年第2期52卷 77-82页

作者：张桂沈昕章绍昆姜振喜成都飞机工业(集团)有限责任公司四川成都610092

针对群孔特征接触式在机测量过程中测量摆角多、标定效率低的问题,提出一种基于聚类的群孔特征测量摆角规划方法。以避免测针与孔口干涉为约束,计算测针轴线与孔轴线的夹角阈值,然后以此阈值为边界条件进行迭代聚类,进而获得覆盖全部孔... 详细信息

针对群孔特征接触式在机测量过程中测量摆角多、标定效率低的问题,提出一种基于聚类的群孔特征测量摆角规划方法。以避免测针与孔口干涉为约束,计算测针轴线与孔轴线的夹角阈值,然后以此阈值为边界条件进行迭代聚类,进而获得覆盖全部孔特征的测量摆角集合。实验结果表明:使用所提方法可实现对群孔特征测量摆角的快速规划,测量摆角数量较传统方法下降约28%,综合测量时间下降约19%,有效提升了群孔特征在机测量效率。

关键词：群孔特征在机测量摆角规划聚类方法

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基于数字孪生的数控机床在机测量系统研究

基于数字孪生的数控机床在机测量系统研究

作者：吴润昊西安工业大学

学位级别：硕士

加工测量一体化的在机测量技术可以提高加工精度,缩短加工时间,在航空航天等领域的应用越来越广泛。在机测量数据的采集、传输和分析对在机测量技术的应用尤为重要,基于在机测量数据、加工工艺信息、机床参数及状态数据、工装夹具等数... 详细信息

加工测量一体化的在机测量技术可以提高加工精度,缩短加工时间,在航空航天等领域的应用越来越广泛。在机测量数据的采集、传输和分析对在机测量技术的应用尤为重要,基于在机测量数据、加工工艺信息、机床参数及状态数据、工装夹具等数据的分析对于提高在机测量应用水平具有重要意义。本文在对数控机床在机测量数字孪生模型构建和数据虚实交互流程设计的基础上,开展基于数字孪生的数控机床在机测量系统研究,主要内容包括:首先,在分析现有的数字孪生建模理论的基础上,本文从物理实体、虚拟模型、孪生数据、服务应用、交互连接等五方面的模型进行分析,提出了一种数控机床在机测量数字孪生模型。所得到的数控机床在机测量数字孪生模型不仅在理论上具有完整性,而且通过实际案例得到了有效的验证和应用。其次,在构建了数控机床在机测量数字孪生模型的基础上,定义了数据虚实交互总体流程,结合在机测量工艺模型进行数据分析,设计了数据驱动模式。根据虚实交互的特点,对数据格式、数据传输的要素等进行了定义,明确了数据的采集方式,设计了数据传输的模式和流程。最后,依据数据交互流程,通过分析数控机床在机测量数字孪生系统设计,针对数控机床在机测量数字孪生系统需求的基础上,完成了系统用例图设计、功能模块设计、数据库设计、数据表设计、ER图设计等,开发了数控机床在机测量数字孪生系统。通过应用实例,对其效果进行了验证,证明了该系统的实用性。

关键词：数字孪生技术在机测量虚实交互数字孪生系统

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基于GNC62的在机测量软件开发

基于GNC62的在机测量软件开发

作者：刘煜西安工业大学

学位级别：硕士

机械加工领域大量高精度要求的工件数控加工过程中,其加工序中和序后通常需要人工介入完成关键尺寸的测量,不仅增加了加工时间,而且影响零件加工的质量。基于加工测量一体化的在机测量技术,以其成本低、加工过程可检测、无需搬运与反复... 详细信息

机械加工领域大量高精度要求的工件数控加工过程中,其加工序中和序后通常需要人工介入完成关键尺寸的测量,不仅增加了加工时间,而且影响零件加工的质量。基于加工测量一体化的在机测量技术,以其成本低、加工过程可检测、无需搬运与反复装夹等优势被广泛应用于数控加工过程中。在机测量软件是在机测量技术有效应用于工程项目的重要载体,本文基于科德GNC62数控系统,对在机测量软件进行研究与开发。论文主要工作内容包括:1)分析科德GNC62数控系统在机测量过程和特点,设计了在机测量系统的整体流程和方案,对在机测量软件需求进行了分析,提出了在机测量软件的主要功能模块。在分析测头预行程误差的基础上,设计了基于查表法的预行程误差补偿方法。分析了GNC62数控系统基本测量模块,设计了GNC62在机测量程序的开发流程和调用模式。2)提出了基本测量特征模型,分析了基本测量特征描述信息,基于CAD模型几何信息、加工信息、测量信息等设计了测量特征数据结构。提出了基本测量特征的测量流程和数据处理算法,对每类测量特征对应的形位尺寸数据设计了拟合算法,面向实际在机测量应用设计了多特征的测量路径规划方法和流程。3)分析了在机测量软件的设计原则和方法,设计了在机测量宏程序模块、测量特征创建模块、测量程序生成模块和零件找正模块,开发了GNC62在机测量软件。基于GNC仿真系统对测量路径进行了模拟。完成了标定实验和预行程误差校正实验,通过雷尼绍典型件的测量实验验证了在机测量软件的正确性。实验结果表明,基于GNC62数控系统的在机测量软件具备实际在机测量应用能力,并且其测量结果满足精度要求。

关键词：在机测量数控系统测量程序误差补偿形位尺寸

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孔系特征在机测量过程数字孪生建模与预测

孔系特征在机测量过程数字孪生建模与预测

作者：刘珊珊西安工业大学

学位级别：硕士

在航天、船舶、车辆等国防工业代表性行业,涉及到许多复杂结构工件的加工,如行星框架,涡轮盘、机匣等,其分布着众多用于与轴装配的精密孔特征,对孔径及位置度的精度要求很高。孔系特征的加工精度受多源因素的影响,如工件的反复装夹、机... 详细信息

在航天、船舶、车辆等国防工业代表性行业,涉及到许多复杂结构工件的加工,如行星框架,涡轮盘、机匣等,其分布着众多用于与轴装配的精密孔特征,对孔径及位置度的精度要求很高。孔系特征的加工精度受多源因素的影响,如工件的反复装夹、机床的定位误差或刀具的磨损等,目前对此类精度较高的孔系特征工件的孔径与位置度测量主要依靠人工干预测量,依据测量结果计算误差补偿,导致加工一致性较差且测量效率低下。为更好的解决这一问题,将在机测量与数字孪生技术结合,减少人工介入,自动补偿孔系特征的加工精度,从而提高零件孔系特征加工精度和测量效率,具体研究内容如下:(1)孔系特征在机测量过程数字孪生建模:结合孔系特征加工要求和数字孪生手段,构建孔系特征在机测量过程数字孪生模型。首先,对孔系特征零件理论模型建模需求进行分析,结合孔系特征在机测量的工艺规划,建立在机测量过程中的数字孪生理论模型。其次,在数控系统中开发数据采集与处理模块,对孔系特征实测模型数据进行采集,建立工件孔系特征在机测量过程实测模型。(2)孔系特征在机测量过程数字孪生模型数据结构设计与存储:首先研究数字孪生模型数据库的开发需求并制订相应的开发方案,确定数字孪生模型数据结构设计和存储的主要功能和目的;其次,研究模型数据结构的构成与特点,分析数据采集、传输与存储方法,构建数据模型的结构化存储;最后设计基于智能网关和My SQL的实时数据传输与存储,为孔系特征数字孪生的预测提供数据基础。(3)孔系特征在机测量过程数字孪生预测:首先,将预测功能设计为实时监测和在线预警模块;采用描述性统计分析法对误差波动规律分析,通过线性回归模型获取预测结果,结合3σ原则确定孔误差波动预警的上下阈值;其次,分析孔系特征数字孪生模型预测功能的设计原则并进行框架设计,最后以可视化的形式展示预测模块的实际应用效果。(4)实验验证:以行星框架为案例,对其孔系特征进行数字孪生模型建模、过程数据采集与存储、以及可视化展示及误差波动规律的分析,验证上述研究内容在工程实践中的可行性和有效性。相关研究表明,结合在机测量技术和数字孪生技术,能够有效提升孔系特征的测量精度,降低人工测量的影响,并充分积累在机测量过程数字孪生模型数据,实现孔系特征在机测量过程预测,具有良好的工程应用效果。

关键词：孔系特征在机测量数字孪生行星框架

基于激光位移传感器的非接触式在机测量系统研究

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基于激光位移传感器的非接触式在机测量系统研究

作者：李书奇西安工业大学

学位级别：硕士

在机测量技术在工业应用中已经较为成熟,其中,应用较为广泛的是接触式在机测量,由于测量时需要逐点触碰测量点,导致测量过程耗时较长、测量效率较低。本文为了解决上述问题,开展非接触式在机测量系统研究。本文在分析非接触式传感器测... 详细信息

在机测量技术在工业应用中已经较为成熟,其中,应用较为广泛的是接触式在机测量,由于测量时需要逐点触碰测量点,导致测量过程耗时较长、测量效率较低。本文为了解决上述问题,开展非接触式在机测量系统研究。本文在分析非接触式传感器测量原理的基础上,根据数控加工过程的测量需求,设计了线激光传感器的数据采集方案和数据的传输流程,基于ARDUINO开发环境开发了数据传输模块。以SPI协议为通信基础,设计了通讯模块硬件方案,分析计算了电源模块参数,设计了在机床上装夹固定线激光传感器的工装,搭建了整体测量系统并完成集成调试。本文分析了机床定位误差、传感器转动误差的基本机理,分别建立其数学模型,并使用激光干涉仪和MATLAB进行测量和仿真。根据误差推导公式以及空间坐标齐次变换原理,设计了标定标准件,设计了初始位姿调整、获取标定数据、处理标定数据、求解标定参数等四个标定流程,实验表明标定后相对于标定前精度可提升95%以上。设计了系统重复性、稳定性验证实验,结果分析表明系统的重复性、稳定性良好,测量精度满足加工要求。本文面向直线、圆、平面等平面特征和曲面特征,分析了点云数据预处理常见算法,融合统计滤波法、直通滤波法、基于曲率精简法等完成点云数据降噪和精简处理,设计基于最小二乘法的直线和曲面测量方法,设计了基于RANSAC算法的圆和平面测量方法,基于MATLAB完成了测量算法仿真实验。本文基于雷尼绍标准件、含曲面特征的工件,针对数控加工常见的直线、圆、平面、曲面等特征开展了测量实验验证,验证了测量算法的正确性。结果表明各加工特征的测量误差均不超过20μm,且测量效率相较于三坐标测量提升了50%以上,系统的测量精度能够满足加工要求。

关键词：在机测量非接触测量激光测量线激光数控机床