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重复定位精度

编辑:海德星管理员   浏览次数:次    更新时间:2016-08-03 10:53
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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