大量程轮廓综合测量系统研究

随着制造技术的快速发展,对各种零件表面轮廓进行大量程、高精度的综合测量的需求也越发迫切。然而,由于杠杆触针式位移传感器的非线性测量误差及测量力都随着量程的增大而增大,且不能通过补偿方法将其完全消除,现有的绝大多数接触式轮廓仪都面临量程和精度不可调和的矛盾,不能应用于大量程、高精度的轮廓测量。 本文研究的轮廓综合测量系统在测量原理上与传统轮廓仪完全不同,它解决了传统接触式轮廓仪难以解决的大量程与高精度不可兼得的问题,具有广阔的应用前景。本文的主要创新与研究内容如下: 提出并研究了一种基于零位跟踪的大量程、高精度的轮廓综合测量系统。在每一个采样点上,如果位移传感器的零位偏移值超过设定的阈值,测量系统就驱动垂直位移工作台使位移传感器的零位偏移值回到阈值范围内。大量程轮廓综合测量系统能够实现大量程、高精度、小测量力、高效率的轮廓综合测量。 研究了一种新型双衍射光栅位移传感器。全面分析了它的原理、特性及非线性测量误差。双衍射光栅位移传感器具有结构简单可靠、体积小巧、抗干扰能力强、测量分辨率高、非线性测量误差小等特点。 提出了杠杆位移传感器非线性测量误差的综合分析方法。该方法通过杠杆转角将杠杆前端和后端非线性误差联系起来形成一个整体误差模型。讨论了非线性误差的补偿方法及其可行性。 提出了杠杆位移传感器零位的迭代标定方法。零位迭代标定法的实质是通过反复迭代使传感器标定系数和零位不断逼近其真实值。应用该方法能够准确地找到双衍射光栅位移传感器的零位,从而使杠杆位移传感器带来的非线性测量误差最大限度地减小。 分析了计量型X-Y-Z三维工作台的结构及原理。该工作台在X-Y-Z三个的坐标方向上都由交流伺服电机驱动,并且均安装有双衍射光栅装置作为计量系统。 研究了综合测量数据的处理和评定方法,将基于工作台零位跟踪的大量程轮廓综合测量系统应用于实际测量中,给出了多个大量程轮廓综合测量及评定实例。