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    重复定位精度

    编辑:火狐体育全站管理员   浏览次数:次    更新时间:2016-08-03 20:33
    点的重复定位精度
    Nathan Brown
    ALIO
    美国国家技术标准研究院
    2013.06.03

    目标
            一、重复定位精度的定义
    二、新的测试程序
    三、为合作提供新起点
    四、范围:单轴(以及多轴)
             
    概述
            一、面的重复定位精度VS点的重复定位精度
    二、测试方法
    三、实例
    四、不确定性分析
    五、讨论点
    六、进一步的工作

    一、面的重复定位精度VS点的重复定位精度
    (一)现有技术
    1、ASME B5.54-2005
           7.2定位精度及重复定位精度
           7.8.2快换装置的重复定位精度
          7.8.3托板交换装置的重复定位精度
    2、ISO 230-2:2006(E)
    3、基于现有技术之上的其他展示。
    4、机床工具转换用于精密运动。
     
    (二)面的重复定位精度
    1、ASME B5.54-2005
         “在相似情形下,机械顺序地在预期平面定位的能力。重复定位精度是每单轴上的定义。”
    2、测试是一维的。
         即一个自由度  ,即一轴
        重复定位精度沿轴方向
     
    (三)面的重复定位精度测量(俯视图)
     
    1、单个数值。
     
    2、一维的。
     
    3、“完美的平面是沿着完美的轴。”
     
    4、误差源自未知的自由度或轴向。
     
     (四)其他误差源(现行标准下等量点)

    (五)ASME B5.54-2005(关于重复定位精度)
     可做:
    测试所有自由度
    单轴
    不确定度(微米级)
     
    不可做:
    将一维数据代入三维
    测试多轴系统
    不确定度(纳米级)
                 
    (六)其他类型的重复定位精度:6-D(6轴系统)
    1、直线度;
    2、平直度;
    3、平面度;
    4、Yaw偏航(绕Z轴的转动);
    5、Pitch俯仰(绕Y轴的转动);
    6、Roll横滚(绕X轴的转动)。
                 
    二、测试方法论

    (一)测试方法论概述
    1、明确测试点
    2、明确运动循环
    3、采集数据
    4、分析数据

    (二)明确测试点
    1、定位问题  定制VS标准
    2、PTS及间距
        以ASME B5.54-2005为例:
       <250mm(间隔<25mm)
       <250mm(间隔<1/10行程)
    3、几何
         线性、平面、立体
    4、移动测试点(或多重测试点)。
       (1)移动测试点至多个测试位置。
       (2)移动多个测试点至测试位置。
       
    (三)明确运动循环
      1、钟摆测试
            0 ->+A –>0 –>-B ->  
       (每回到“0“点就采集数据)
    2、双向作用
         10次,即20个点动。
    3、运动距离>1/10行程
    4、ASME B5.54-2005标准双向LDA测试也适用。(表7.11
     
    (四)采集数据
     1、执行运动循环
     2、采集每一个测试点数据
    采集X轴上重复定位精度数据
    采集y轴上重复定位精度数据
    采集Z轴上重复定位精度数据
    3、完成所有测试点的采集工作

    (五)分析数据
    1、单个测试点
    (1) X、Y、X标准偏差
    Rxi↑↓=+ 2Sxi ↑↓         (Eqn.R-5a)
    Ryi↑↓=+ 2Syi ↑↓         (Eqn.R-5b)
    Rzi↑↓=+ 2Szi ↑↓         (Eqn.R-5c)
    (出自等式7-6, 7-7,7-8,7-9,ASME B5.54-2005)­­­­
    (2)计算测试点球面半径

     (3) PRi-R球面半径公差
    2、系统测试点
    (1)所有测试点最大半径
    PRsystem=max.[PRi]              (Eqn.R-7)
                                   (出自等式7-18,ASME B5.54-2005)
    (2) PRsystem-R球面半径公差
    3、数据表示
    一维-重复定位精度=+/- PRsystem(单位) +/-不确定性

    二维-重复定位精度=+/- PRsystem(单位) +/-不确定性

    三维-重复定位精度=+/- PRsystem(单位) +/-不确定性
    (其他测试参数按照ASME B5.54-2005)

    三、不确定性分析
    (一)不确定性(电容性测量)
     1、差异:ISO 230-9:2005(E),Annex C
          所有数据一组(无单向性数据);
          含安装及不对准误差;
          含装置精度误差;
          不含热补偿。
    2、下一步工作:
         进一步发展方程;
         进一步量化电容性测量误差
         增加TUR

    (二)不确定性(实例)
        ux= uy= uz= u(RS)
        u(PR)=+/-11.0 nm
        u装置误差=1.9nm
        u不对准误差=0.7nm
        u安装误差=1.9nm
        u环境误差=1.2nm
        u热误差=0.0nm
     
    四、讨论要点
    (一)多轴系统
    1
    面的重复定位精度
    基于每个轴
    一维的
    1-D的误差
    无轴间作用
            
    点的重复定位精度
    基于每个系统
    三维的
    6-D的误差
    含所有轴
     
    2、多轴系统测试规则
          所有轴线影响重复定位精度。
          作为一个系统来测试。
      
    3、所有轴双向运动;
    测试点几何匹配用法:两轴—二维的重复定位精度;三轴—三维的重复定位精度
            
    4、相同的测试程序,更多测试点。
             (1)2轴系统—相同的程序

    5、面重复定位精度与点的重复定位精度误差自由度对比

    (二)为什么只测双向作用
       1、为什么点可重复性仅仅是一个双向测试?
    (1)原因:
    “系统”性能;有单向运动的用途吗?
        (2)测试目的:
              在三维空间里测试“系统”性能。
        (3)单向运动
              按照定义忽略其他轴线或误差源;哪个不是“系统”性能。
        (4)单向纳米精度应用
               单向=单轴,单个方向;
               纳米精度≠单轴,单个方向;
               举例—XY平台: XY轴共同决定测试点的定位;是否有一种运动使一个轴向决定测试点的定位?
    2、所有轴线影响点的重复定位精度

    (三)为什么没有热补偿
    1、热敏性
    微米级—>单独温度模型
    纳米级—>热梯度
       —>0.001度
       —>复合模型
       —>适用于平台及测试固件
    2、电机散热问题
      不可能独立于环境;应包括在性能内。
    3、u热补偿>u漂移
    热补偿增大不确定性
    4、平台上的环境影响
      之前,散热被视为误差;精度的需求导致热性能被视为性能指标的一部分。
    因此,热补偿会
    1)增加不确定性;
    2)隐藏实际性能指标;
    3)不代表终端性能。

    (四)纳米精度的环境因素
    1、用户终端应用:好环境、好性能;应用始终受环境影响。
    2、测试装置:不要移除热补偿B/C,否则数据不代表任何终端用途。

    五、下一步工作
    (一)用多个实体测试;

    (二)电容轨距不确定性;

    (三)电容轨距—NIST(美国国家标准技术研究所)可追踪

    (四)截断测试点 

    (五)循环公差范围

    (六)难点
    1、测试时间
    2、验收
    3、低精度如何
    4、单轴—只限
    多轴的价值

    六、总结
    (一)重要性
    1、运动系统在三维空间中运转。(为什么我们在一维空间测试?)
    2、为纳米精度使用。(现有方法忽视太多;现有的不确定性太大。)
    3、平台设计(当前有许多需求和未知;添加装置以评估等效值。)

    (二)重复定位精度方法
    1、点的重复定位精度(点在三维空间里,“系统”所有误差源的比重)
    2、球面公差范围
    3、纳米级不确定性
    4、适用于终端应用。

    (三)思想变化
    1、想象点在空间里,而不是一维平面上。
    2、想象“系统”,而不是“每轴”
    3、双向作用表示“系统”的实际应用。
    4、热误差性能(不要删除)
    5、精度的不确定问题
     
     
     

     

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