【摘 要】
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三维扫描测头作为齿轮测量中心或其他精密测量仪器中的核心部件之一,对测量精度有着关键性的影响,因此,对三维扫描测头的误差研究显得十分必要。本文对三维扫描测头的探测误差影响因素进行了详细的分析研究,通过具体的实验对三维扫描测头进行了误差测定,并通过神经网络对三维扫描测头的探测误差进行了预测和补偿,在CNC齿轮测量中心上验证了该算法对测头探测误差补偿的有效性。课题的主要的研究内容如下:1)探测误差分析。
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目:CNC齿轮测量中心的误差解耦及测量品质优化（No.51475351）；
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三维扫描测头作为齿轮测量中心或其他精密测量仪器中的核心部件之一,对测量精度有着关键性的影响,因此,对三维扫描测头的误差研究显得十分必要。本文对三维扫描测头的探测误差影响因素进行了详细的分析研究,通过具体的实验对三维扫描测头进行了误差测定,并通过神经网络对三维扫描测头的探测误差进行了预测和补偿,在CNC齿轮测量中心上验证了该算法对测头探测误差补偿的有效性。课题的主要的研究内容如下:1)探测误差分析。通过对三维扫描测头的内部结构进行分析,得出了测头内部的导向机构在运动过程中存在附加位移和附加转角从而导致探测误差,通过理论分析得出其对测量精度产生的影响;分析了扫描测头在实际使用过程中导致测头产生探测误差的原因,对测球的局部变形和测杆弯曲模型进行分析。2)测头数据采集电路设计。针对于SP80H型三维扫描测头,设计了一套适用于CNC齿轮测量中心上的数据采集电路。该采集电路以FPGA和CPLD为核心,实现对测头数据的实时采集,并与齿轮测量中心上位机进行通信,为后续的实验提供了实验设备支持。3)测头探测误差测定。在CNC齿轮测量中心上完成了对测头的探测误差的测定,通过测量不同测头压入量、不同的测针以及单点探测和扫描测量不同测量条件下的探测误差,通过对实验结果的分析,验证了理论分析中压入量、测杆和测量模式对探测误差的影响。4)神经网络的误差补偿算法。通过对标准球进行采集,设计了相应的样本数据获取方法。在MATLAB中对神经网络进行了训练,将新的测量数据导入神经网络中,通过实验验证了误差补偿算法的有效性。综上所述,本文对三维扫描测头探测误差的影响因素进行了理论分析,设计了基于FPGA和CPLD的测头数据采集电路作为实验设备,完成了对SP80H扫描测头在不同工作环境下的探测误差测定。使用神经网络算法,解决了测头误差影响因素互相耦合导致误差难以补偿的问题。
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