CN111044289B - 基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，所述测量方法包括以下步骤：将每一个部件认为是一个理想刚体，三个位移自由度δ_x，δ_y，δ_z和三个角度自由度θ_x，θ_y，θ_z，计算出各个部件的几何偏差；将各个部件的几何偏差带入到误差累计求和公式中，借助多刚体系统理论和坐标的矩阵变换计算出多个相互连接的组件的误差累积量，得到总的误差E_total；结合计算得到的总的误差E_total对传感器的安装姿态误差进行补偿。本发明的基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，可以计算得到终端的对准误差值，进而通过软件算法将该误差补偿掉，以提高航空发动机单级转子的测量精度。

Description

基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法

技术领域

本发明涉及基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，属于测量技术领域。

背景技术

在三维空间测量大尺寸物体时，引入了各种辅助设备以完成全面型测量，例如：升降机构、旋转机构、平移机构等。但是引入的辅助测量设备也会引入测量误差，相比于不同的辅助设备所引入的误差类型以及具体误差值是不同的，这就给最终的测量精度带来了困难，难以建立精确的误差分离模型以消除这些误差所带来的影响。因此从封闭环连接拓扑结构出发，建立各组件的误差传递机理模型，进而实现对误差传递的控制很有必要。

目前主要的误差抑制方法有以下几种：(1)采用精度更高的零部件产品，但各零部件产品精度的提高在一定程度会提高整个装配体的精度，因此会在一定程度上提高装配体的性能指标等，但是这种方法作用有限，无法一味依靠其来提高装配体精度，特别是当机械加工精度达到现有物理极限时候，提高精度所带来的费用是非常高额的；(2)通过外部更高一级的测量设备精确测量出单个组件误差的量值，这种情况存在一个问题，就是容易忽略重要误差和部分关键误差测量困难的问题，此外，不能够考虑各误差之间的耦合关系以及累积效应。因此该方法有一定缺陷。

发明内容

本发明提出基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，所提出的方法可以针对具体的测量设备建立起各误差的传递模型，通过在终端软件算法补偿该误差值，实现最终误差的抑制。这种方法的针对性更强，能够快速准确地抑制测量过程中由于各运动组件对最终测量的影响。同时避免了盲目一味地提高各组件的制造加工精度所带来的高额费用，具有一定的经济意义。实现快速准确的测量误差抑制。

基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

步骤一、将每一个部件认为是一个理想刚体，则它在三维空间拥有六个自由度，三个位移自由度δ_x，δ_y，δ_z和三个角度自由度θ_x，θ_y，θ_z，计算出各个部件的几何偏差；

步骤二、将各个部件的几何偏差带入到误差累计求和公式中，通过借助多刚体系统理论和坐标的矩阵变换计算出多个相互连接的组件的误差累积量，得到总的误差E_total；

步骤三、结合计算得到的总的误差E_total对传感器的安装姿态误差进行补偿，即通过软件编程算法调整传感器与被测工件之间的相对位姿。

进一步的，在步骤二中，所述矩阵为空间位姿坐标变换矩阵表达为：

其中，l＝[l_x l_y l_z]^T，m＝[m_x m_y m_z]^T和n＝[n_x n_y n_z]^T表示x，y，z方向向量坐标；p＝[p_x p_y p_z]^T表示坐标点平移位置坐标；R为3×3旋转矩阵；P为3×1平移矩阵。

进一步的，将空间位姿坐标变换矩阵改写为如下表达式：

T_ij表示经过旋转变换和平移变换后的位置坐标矩阵，(a,b,c)表示水平位移平移量，

表示旋转角度变换量，

一共两条尺寸链条，一条是传感器尺寸链条，另一条是待测工件尺寸链条，根据多体系统理论建立起传递模型，进而根据闭环尺寸链条计算出误差：

E表示测量起点和测量终端的偏置误差，P_w表示工件末端位置坐标，P_s表示传感器测量末端坐标位置，P₀表示同一起点坐标位置矩阵，T_ideal表示理想坐标变换矩阵，T_error表示含有的误差变换矩阵，n表示工件尺寸链的个数，m表示传感器尺寸链中部件的数目，

沿着坐标轴误差分量的计算：

本发明具有以下有益效果：本发明的基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，可以计算得到终端的对准误差值，进而通过软件算法将该误差补偿掉，以提高航空发动机单级转子的测量精度，为精准堆叠装配奠定坚实的基础。

附图说明

图1为本发明的基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法的方法流程图；

图2为被测部件的装配堆叠过程示意图；

图3为测量设备各组件连接关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是建立起针对航空发动机多级转子闭环对准测量误差的计算模型，不单单的通过测量误差进而校正误差，重点对于耦合的误差也进行分析计算。通过终端误差的量级和方向进而采取一定的措施进行误差补偿。典型的测量系统是由多个零部件，大型设备的装配应在同一空间坐标系统，这样可以保证装配精度，但难以测量和测量成本变得更高的体积增加由于工件进行测试。为了保证产品在整个空间的装配精度，将引入精密转盘、精密导轨等实现全方位的辅助装配。不幸的是，这种操作将引入更多的错误，并导致较低的精度。如果不能准确地预测和控制误差，将对后续的装配产生巨大的影响。

参照图1-图3所示，本发明提出了基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法的一实施例，所述测量方法包括以下步骤：

步骤一、将每一个部件认为是一个理想刚体，则它在三维空间拥有六个自由度，三个位移自由度δ_x，δ_y，δ_z和三个角度自由度θ_x，θ_y，θ_z，计算出各个部件的几何偏差；

步骤二、将各个部件的几何偏差带入到误差累计求和公式中，通过借助多刚体系统理论和坐标的矩阵变换计算出多个相互连接的组件的误差累积量，得到总的误差E_total；

步骤三、结合计算得到的总的误差E_total对传感器的安装姿态误差进行补偿，即通过软件编程算法调整传感器与被测工件之间的相对位姿。

在本部分优选实施例中，在步骤二中，所述矩阵为空间位姿坐标变换矩阵表达为：

其中，l＝[l_x l_y l_z]^T，m＝[m_x m_y m_z]^T和n＝[n_x n_y n_z]^T表示x，y，z方向向量坐标；p＝[p_x p_y p_z]^T表示坐标点平移位置坐标；R为3×3旋转矩阵；P为3×1平移矩阵。

在本部分优选实施例中，将空间位姿坐标变换矩阵改写为如下表达式：

T_ij表示经过旋转变换和平移变换后的位置坐标矩阵，(a,b,c)表示水平位移平移量，

表示旋转角度变换量，

一共两条尺寸链条，一条是传感器尺寸链条，另一条是待测工件尺寸链条，根据多体系统理论建立起传递模型，进而根据闭环尺寸链条计算出误差：

E表示测量起点和测量终端的偏置误差，P_w表示工件末端位置坐标，P_s表示传感器测量末端坐标位置，P₀表示同一起点坐标位置矩阵，T_ideal表示理想坐标变换矩阵，T_error表示含有的误差变换矩阵，n表示工件尺寸链的个数，m表示传感器尺寸链中部件的数目，

沿着坐标轴误差分量的计算：

本发明通过减小了测量系统的误差使得单级转子的测量精度提高，航空发动机多级转子是由单级转子堆叠而成的，因此，该方法可以直接提高后续转子系统整体的装配精度。

Claims (1)

1.基于闭环动态测量的大型高速回转装备对准误差测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

步骤一、将每一个部件认为是一个理想刚体，则它在三维空间拥有六个自由度，三个位移自由度δ_x，δ_y，δ_z和三个角度自由度θ_x，θ_y，θ_z，计算出各个部件的几何偏差；

步骤二、将各个部件的几何偏差带入到误差累计求和公式中，通过借助多刚体系统理论和坐标的矩阵变换计算出多个相互连接的组件的误差累积量，得到总的误差E_total；

步骤三、结合计算得到的总的误差E_total对传感器的安装姿态误差进行补偿，即通过软件编程算法调整传感器与被测工件之间的相对位姿，

在步骤二中，所述矩阵为空间位姿坐标变换矩阵表达为：

其中，l＝[l_x l_y l_z]^T，m＝[m_x m_y m_z]^T和n＝[n_x n_y n_z]^T表示x，y，z方向向量坐标；p＝[p_xp_yp_z]^T表示坐标点平移位置坐标；R为3×3旋转矩阵；P为3×1平移矩阵，

将空间位姿坐标变换矩阵改写为如下表达式：

T_ij表示经过旋转变换和平移变换后的位置坐标矩阵，(a,b,c)表示水平位移平移量，

表示旋转角度变换量，

一共两条尺寸链条，一条是传感器尺寸链条，另一条是待测工件尺寸链条，根据多体系统理论建立起传递模型，进而根据闭环尺寸链条计算出误差：

E表示测量起点和测量终端的偏置误差，P_w表示工件末端位置坐标，P_s表示传感器测量末端坐标位置，P₀表示同一起点坐标位置矩阵，T_ideal表示理想坐标变换矩阵，T_error表示含有的误差变换矩阵，n表示工件尺寸链的个数，m表示传感器尺寸链中部件的数目，

沿着坐标轴误差分量的计算：

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