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跨声速压气机转子几何误差气动敏感性统计

航空动力学报 2023年第10期38卷 2483-2500页

作者：马峰尚珣刘汉儒王掩刚陈为雄杜亦璨西北工业大学动力与能源学院西安710129 中国航发动力股份有限公司西安710021

为了研究跨声速压气机转子的气动性能对不同类型几何误差的敏感性,以NASA Rotor 37为研究对象,采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面及遗传算法实现三维叶型曲面重构。考虑了26个几何误差模型。采用拉丁超立方结合蒙特卡洛模拟生成了800个样... 详细信息

为了研究跨声速压气机转子的气动性能对不同类型几何误差的敏感性,以NASA Rotor 37为研究对象,采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面及遗传算法实现三维叶型曲面重构。考虑了26个几何误差模型。采用拉丁超立方结合蒙特卡洛模拟生成了800个样本,通过定常CFD数值计算获得叶型气动特性及流场结构,采用Spearman秩相关及期望值分析不同工况下几何误差与气动性能之间的非线性关系。对不同工况下效率最敏感的几何误差模型进行了流动机理分析。统计分析结果表明:堵塞工况下,叶中前缘轮廓度对效率有最显著的消极影响,叶尖吸力面轮廓度对压比有最显著的消极影响。最高效率工况下,叶中吸力面轮廓度对效率和压比都有着最显著的消极影响。近失速工况下,叶尖前缘轮廓度对效率有最显著的消极影响,而叶中尾缘轮廓度对压比有着最显著的积极影响。

关键词：几何误差跨声速压气机转子非均匀有理B样条(NURBS)曲面气动敏感性相关性分析

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大型龙门铺丝机综合误差建模及补偿

浙江大学学报（工学版） 2022年第2期56卷 398-407页

作者：吴剑波李俊郑成淦程亮浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室浙江杭州310027

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法.采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重... 详细信息

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法.采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重力变形的测量数据与Powell算法实现对几何误差参数的辨识;综合重力变形模型和几何误差模型,提出基于综合误差补偿的G代码修正策略.在龙门铺丝机上开展综合误差补偿对比实验,结果表明,补偿前龙门铺丝机误差较大,不能完全满足铺放精度需求,而经过补偿后位置误差和姿态误差均大幅度降低,其中姿态误差减小80%以上,而位置误差减小90%以上,满足铺放精度需求,证明了所提出的综合误差建模和补偿方法的有效性.

关键词：龙门自动铺丝(AFP)机重力变形工作空间网格化几何误差误差辨识综合误差补偿

液体静压导轨油膜结合面误差对导轨几何误差的影响机制

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清华大学学报（自然科学版） 2023年第1期63卷 52-61页

作者：张云曹聪姜忠王立平清华大学机械工程系北京100084 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621900

液体静压导轨是超精密车床的主要核心部件,其几何误差对超精密车床的加工精度起着至关重要的作用。制造装配误差以及变形误差是影响液体静压导轨几何误差的主要因素。为了提高液体静压导轨几何误差和精度保持性,该文建立液体静压导轨流... 详细信息

液体静压导轨是超精密车床的主要核心部件,其几何误差对超精密车床的加工精度起着至关重要的作用。制造装配误差以及变形误差是影响液体静压导轨几何误差的主要因素。为了提高液体静压导轨几何误差和精度保持性,该文建立液体静压导轨流固耦合仿真模型和螺栓预紧力学模型,分别讨论油压等因素作用下的静压导轨变形和螺栓预紧变形规律,提出表征制造装配误差的数学模型,建立油膜均化作用下的变形误差传递模型,分析导轨压板油膜结合面误差(即压力油膜所支承的结构表面误差)对工作台几何误差的影响机制。研究表明:液体静压导轨压力油膜的误差均化作用使得其几何误差远低于自身零部件面形误差,但压力油膜并不能完全均化油膜结合面上的误差;结合面误差增加的同时,其油膜均化能力逐渐减弱;此外,液体静压导轨直线度误差对油膜结合面误差幅值更为敏感,而角度误差受结合面误差函数的波长和相位差的影响更为明显。实验测量的导轨几何误差与模型预测结果一致。该研究为超精密车床的液体静压导轨制造、装备工艺提供了有益参考。

关键词：金刚石车床液体静压导轨结合面误差油膜均化作用几何误差

曲线网格下带有自由流和涡流保存特性的低耗散数值方案

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Acta Mechanica Sinica 2023年第7期39卷 152-172页

作者：李晶琦刘成高若青胡长洪 School of Naval Architecture Ocean and Civil EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China Research Institute for Applied Mechanics Kyushu UniversityFukuoka 816-0811Japan

本文提出了一种改进的THINC数值方案,用于在曲线网格下保持自由来流和等熵涡特性,其中采用对称保守度量方法来消除坐标转换系数在数值离散中诱导的几何误差.由于非等间距的网格会导致原本带有固定陡度参数的THINC方案的数值精度和计算... 详细信息

本文提出了一种改进的THINC数值方案,用于在曲线网格下保持自由来流和等熵涡特性,其中采用对称保守度量方法来消除坐标转换系数在数值离散中诱导的几何误差.由于非等间距的网格会导致原本带有固定陡度参数的THINC方案的数值精度和计算稳定性降低.因此,本文引入了一种带有自适应陡度参数的THINC方案用于减少数值耗散,其中陡度参数根据网格间隔的大小建立方程实现自适应缩放.数值测试表明,与原始THINC方案相比,新的THINC方案能够有效地在一般结构化曲线网格下保持自由流和涡旋保存,并且能够更加精准地拟合流场中的各类型间断和小尺度结构.此外,通过边界变差最小(BVD)原理,将改进的THINC方案与加权本质非振荡方案(WENO)相结合,兼顾了光滑解和间断解的数值精度.本文在波浪形网格和随机网格下设置了一系列一维和二维数值算例,分别测试了在有限差分和有限体积框架下改进的THINC方法与低耗散的WENO-THINC综合方案的性能.数值验证结果表明改进后的数值方案可以有效地减少非物理振荡和数值耗散,相较于原始方案和同类型数值方案有较明显的优势.

关键词：数值精度曲线网格数值耗散转换系数非等间距几何误差波浪形数值离散

基于参数与非参数模型结合的双臂机器人协作定位精度提升方法

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机器人 2023年第3期45卷 276-286页

作者：白明庞淋峻史羽胜张明路孙立新高春燕贾计东河北工业大学机械工程学院天津300140 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001

双臂协作机器人系统具有效率高、负载大、协同能力强等优点,但双臂作业性能及质量不但受单臂定位精度的影响,而且受双臂协作定位精度的影响,因此,本文提出了一种基于参数与非参数模型相结合的运动学标定方法。首先,基于MDH(modified Den... 详细信息

双臂协作机器人系统具有效率高、负载大、协同能力强等优点,但双臂作业性能及质量不但受单臂定位精度的影响,而且受双臂协作定位精度的影响,因此,本文提出了一种基于参数与非参数模型相结合的运动学标定方法。首先,基于MDH(modified Denavit-Hartenberg)方法建立机器人运动学模型和参数误差模型,去除模型中的耦合参数并基于迭代最小二乘法辨识几何参数误差;其次,针对传统的非几何误差补偿方法只能在标定坐标系建立关节位置与末端位置误差之间的映射关系的问题,提出一种改进的非几何误差补偿方法补偿机器人本体非几何误差;再次,基于距离误差辨识双臂基坐标系转换矩阵的参数,补偿双臂几何误差与非几何误差;最后,通过实验验证方法的正确性和有效性。结果表明所提出方法将UR10和UR5机器人的平均定位误差减小至0.1709 mm和0.0509 mm。双臂平均协作定位误差减小至0.1676 mm,与基于参数模型的方法相比协作定位精度提升了27.7%,验证了该方法的优越性。

关键词：双臂协作定位精度运动学标定几何误差非几何误差补偿迭代最小二乘法

利用弹性网络算法求解大型三坐标测量机几何误差的方法

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中国机械工程 2022年第9期33卷 1077-1083页

作者：陈洪芳孙梦阳高毅石照耀王帼媛路伟光宋辉旭北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所北京100076

为提高大型三坐标测量机(CMM)的精度,修正空间几何误差,研究利用激光追踪仪多站位测量技术取代实物基准,提出了基于弹性网络算法求解CMM几何误差的方法。基于激光追踪仪多站位测量技术,结合L-M算法,实现CMM空间规划点体积误差的高精度测... 详细信息

为提高大型三坐标测量机(CMM)的精度,修正空间几何误差,研究利用激光追踪仪多站位测量技术取代实物基准,提出了基于弹性网络算法求解CMM几何误差的方法。基于激光追踪仪多站位测量技术,结合L-M算法,实现CMM空间规划点体积误差的高精度测量,有效提高测量效率。利用弹性网络算法解算CMM准刚体模型,解决模型求解存在多重共线的难题,实现CMM几何误差的求解;将方程组中部分系数为0的项结合体积误差与单轴几何误差的关系模型来求解几何误差。实验搭建了激光追踪多站位测量系统,测量了CMM的空间待测点体积误差。实验结果表明,提出的方法可以有效求解大型CMM的几何误差。

关键词：坐标测量机几何误差弹性网络激光追踪多站位测量

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基于球盘的转台多自由度几何误差测量方法

仪器仪表学报 2022年第11期43卷 70-76页

作者：杨鹏林虎杨禹邹伟季岚青中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国计量科学研究院北京100029 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

转台作为数控机床及精密测量仪器的关键部件之一,可以将零部件移动至合适的位置,实现更高效的加工及测量任务,其自身的精度尤为重要。本文基于“three-rosette method”原理,提出一种基于球盘的转台多自由度几何误差优化测量方法,详细... 详细信息

转台作为数控机床及精密测量仪器的关键部件之一,可以将零部件移动至合适的位置,实现更高效的加工及测量任务,其自身的精度尤为重要。本文基于“three-rosette method”原理,提出一种基于球盘的转台多自由度几何误差优化测量方法,详细阐述了该方法的测量原理、转台几何误差的分离与解算方法。研制了圆形球盘,并在三坐标测量机的转台上开展了测量实验,实验结果表明采用12个标准球与优化后的6个标准球的测量结果基本一致,转台平移误差绝对差值不大于0.13μm,转角误差绝对差值不大于0.25″。最后,通过自准直仪装置测量该转台的分度误差,并与基于球盘的测量结果进行对比分析,结果表明上述不同方法得到的测量结果绝对差值不大于3.9″,验证了基于球盘的转台多自由度几何误差测量方法的准确性。

关键词：转台几何误差球盘误差分离方法多转位技术

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改进粒子群算法的工业机器人几何参数标定

哈尔滨工业大学学报 2022年第1期54卷 9-13页

作者：寇斌郭士杰任东城复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 智能机器人教育部工程研究中心(复旦大学) 上海200433

针对传统粒子群(PSO)算法在解决工业机器人几何误差标定问题中存在的收敛速度慢的缺点,提出了一种基于两段式的动态粒子群算法(LDPSO-BT)。用Denavit-Hartenberg方法建立工业机器人的误差模型,将几何误差标定问题转换成对高维非线性方... 详细信息

针对传统粒子群(PSO)算法在解决工业机器人几何误差标定问题中存在的收敛速度慢的缺点,提出了一种基于两段式的动态粒子群算法(LDPSO-BT)。用Denavit-Hartenberg方法建立工业机器人的误差模型,将几何误差标定问题转换成对高维非线性方程的求解;对粒子群数目进行线性递减,同时针对算法求解过程中粒子数目线性递减的特点,在改进粒子群算法迭代后期采用改进的搜索模式,对传统粒子群的速度迭代公式进行改进;仿真实验对比了工业机器人几何误差标定前与标定后两种算法的末端定位精度。实验结果表明:在采用粒子群算法辨识工业机器人实际几何参数的过程中,粒子群数目对算法的迭代时间有重要影响,通过线性递减的方式减少粒子群的粒子数目可以有效地减少工业机器人几何误差标定时间,同时在粒子群算法迭代后期采用改进的速度迭代公式可以确保收敛精度。与传统粒子群算法相比,使用改进后的粒子群算法,不仅可以有效减少工业机器人的定位误差,而且还拥有更高效的迭代效率。

关键词：工业机器人粒子群算法(PSO) 线性递减几何误差定位精度

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基于三轴测量机拓扑结构的单项几何误差模型

机械工程学报 2022年第24期58卷 10-19页

作者：赖涛彭小强徐超戴一帆胡皓刘俊峰国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073 国防科技大学超精密加工技术湖南省重点实验室长沙410073

基于刚体模型和小角度假设,传统的几何误差模型采用传递矩阵建立几何误差与测量机空间误差的关系。但通过传递矩阵建立的几何误差模型难以清晰揭示各单项几何误差对空间误差的影响关系。为了更清楚地表达单项几何误差对空间误差的影响关... 详细信息

基于刚体模型和小角度假设,传统的几何误差模型采用传递矩阵建立几何误差与测量机空间误差的关系。但通过传递矩阵建立的几何误差模型难以清晰揭示各单项几何误差对空间误差的影响关系。为了更清楚地表达单项几何误差对空间误差的影响关系,基于三轴测量机拓扑结构建立了各单项几何误差模型,分析了测量机各项阿贝误差产生机制。利用所建立的单项几何误差模型分析各单项几何误差的影响权重,对自研测量机高权重几何误差进行辨识与补偿,结果表明,补偿后测量机测量直径150 mm平面与直径60 mm凹球面的PV值分别达到344.32 nm和161.74 nm,面形误差与波面干涉仪测量结果基本一致。单项几何误差模型有助于了解阿贝误差的产生机理;提出的几何误差权重计算方法有助于实现对测量机敏感误差的精确控制,指导高精度测量机结构设计与测量精度的提升。

关键词：几何误差阿贝误差坐标测量机误差权重测量精度