第6章 在线检测与误差补偿技术
大型超精密平面度在线测量与误差补偿技术(精)
大型超精密平面度在线测量与误差补偿技术1平面度在线测量的数学模型与误差分离方法对于平面度在线测量，可以采用四测头电容式组合传感器装置安装在加工机床的 z轴上，按一定的测量走点路径对工件表面进行测量，测量结果中迭加了两项误差：基准误差(即导轨运动副误差)和工件表面误差。
因此，要精确测量工件平面度，必须采用误差分离技术。
对平面度在线测量可以采用三或四传感器进行。
其中三传感器布置方式如图 l所示。
传感器边距为L，这样以 L长为间隔可将被测平面分为M行N列网格，处于网格上的点即为被测量点，三传感器分别标记为(k，l)(k，l＝1，2)，对应第i行j列上的测量点标记为(i，j)。
以传感器(l，l)的零点作为基准点。
则传感器(1，2)、(2，1)的初始位置偏差分别记为）Δ12、Δ21。
图2所示为测量路线图(这里以4行4列测点为例)，网格上的点为测量点，实心小圆圈表示测头，i、j表示测量的当前行和列。
图3所示为传感器采集数据示意图。
这里假设测头装置为一刚体，导轨运动副作无偏摆的平动。
由图3给出的当前测量i行j列时的采集数据示意图可以得到传感器采样表达式，记传感器(k，l)(k，l＝1，2)在该位置时的采样值为 zijkl，则：图3所示为传感器采集数据示意图。
这里假设测头装置为一刚体，导执运动副作无偏摆的平动。
由图3给出的当前测量i行j列进的采集数据示意图可以得到传感器采样表达式，记传感器（k，l）（k，l=1，2）在该位置时的采样值为Zijkl，则：2测量误差源分析及实用误差分离方法的讨论对于平面度形状误差的误差分离方法，可以采用递推逐次两点(TSTP)法和最小二乘逐次两点(LSSTP)法。
对于大型精密、超精密平面度在线测量，则应采用混合逐次两点(HSTP)法，对于精密小平面工件，采用二维最小二乘插值逐次两点(LSISTP)法进行误差分离，2．1测量误差源分析逐次两点误差分离方法是以采样公式(1)为分析处理基础的，但在实际系统中，由于各种因素的影响，采样获得的传感器信息中不仅包含运动副误差和测量平面形状误差，而且还带有各种噪声信号。
数控机床误差补偿技术及应用_提高在线检测精度的补偿技术
工艺与检测数控机床误差补偿技术及应用提高在线检测精度的补偿技术天津大学 章 青 刘丽冰 刘又午 北京机床研究所 赵宏林 盛伯浩 摘要 文章利用在机测量运动链分析,提高测头球心的定位精度;同时以特征分析法来处理测头的内部误差。
通过补偿前后与三坐标测量机的实验数据对比,结果表明补偿效果良好。
关键词 在线检测 误差补偿 数控机床1 概述 加工过程的质量监测问题一直受到人们的重视。
制造业如何以低成本、高精度和灵活多变的柔性加工技术迎接二十一世纪的挑战也是人们关心的问题。
质量监控是现代加工技术的重要组成部分,作为加工过程监测手段的在机测头,可对工件安装定位、对刀、刀具磨损或破损以及加工件的形位尺寸等进行有效的监控。
目前针对测量精度问题的研究主要集中在如何提高测头系统的精度[5],当测头作为在机测量工具时,机床的坐标精度直接影响测量精度。
本文通过在机测量过程机床运动链分析,并以特征分析法来处理测头的内部误差,用软件补偿法提高测量精度。
2 在线检测过程的运动链分析 在线检测过程的运动链与加工过程相似,其区别是将刀具替换成测头。
根据机床几何误差补偿技术分析,将包括机床在内的在机测量系统抽象提炼,以低序体阵列形式描述机床拓补结构,通过相邻体的基本变换(包括位置变换矩阵和位移变换矩阵),其形式为(其中:c=cos,s=sin;A k、B k、C k为坐标系间的相对方位角)[AJ K]=c B k c C k-c B k s C k s B k x k (c A ks C k+s A k s B k c C k)(c A k c C k-s A k s B k s C k)-s A k c B k y k(s A k s C k-c A k s B k c C k)(c A k s B k s C k+s A k c C k)c A k c B k z k0001构成计算测头测球中心定位误差模型为R p o1=∏t=u[AJ K]R p k1式中:∏t=u表示多体系统低序体的连乘,R p k={x p k,y p k,Z p k}T为测头测球中心相对于刀具坐标系的坐标值。
精密测量中的误差补偿技术
精密测量中的误差补偿技术精密测量是现代制造工业中常用的一项技术，它可用于测量各种物理量，例如长度、角度、温度、电压、电流等等。
随着技术的发展，精密测量方法不断地更新，但测量中的误差始终是无法避免的。
为了增加测量的准确性，误差补偿成为一种常用的技术手段。
误差来源可以归为两类：一是测量仪器本身的误差，称为系统误差；二是人为因素引起的误差，称为随机误差。
系统误差是由于仪器或测量环境的固有原因导致的，例如仪器读数精度、灵敏度、稳定性等。
而随机误差则是由于测量操作者的不精确操作或环境因素的影响而产生的。
误差补偿可分为硬件和软件两种类型。
硬件误差补偿是通过仪器技术手段进行修正，例如仪器自我校准、传感器换算、滤波、反演等方式，可有效降低仪器系统误差。
软件误差补偿则是通过对测量数据进行处理，使其更加接近实际值，例如数据平滑、滤波、曲线拟合等方式，可有效降低随机误差。
硬件误差补偿中的自我校准是最常用的一种方法，其基本思想是在测量前对仪器进行校准，以保证测量结果的准确性。
自我校准方法有多种，例如零点校准、全点校准和跨度校准等。
零点校准用于修正测量仪器的零偏误差，全点校准则用于校正仪器的放大倍数误差，跨度校准则是同时针对零偏误差和放大倍数误差进行修正。
软件误差补偿方法也有多种，例如滤波算法、曲线拟合算法等。
滤波算法分为去噪滤波和平滑滤波两种。
去噪滤波采用消除高斯白噪声的方法，去除随机误差对数据产生的影响，减小测量误差。
平滑滤波则可用于去掉异常值，使数据更加平滑。
曲线拟合算法采用数学模型对测量数据进行分析，得出精确的测量结果。
该方法常用于数据呈多项式曲线分布的情况，可通过最小二乘法得到测量数据中的真实值。
误差补偿技术在精密测量中有广泛应用，可提高测量数据的准确性和可靠性。
但它也有一定的局限性，例如误差补偿方法本身可能引入新的误差，需要对补偿方法进行合理的选择和优化。
同时，误差补偿技术需要付出更高的成本，包括技术、设备和劳动力等，需要根据具体情况进行权衡。
机械结构加工误差的在线监测与补偿算法研究
机械结构加工误差的在线监测与补偿算法研究随着现代制造技术的快速发展，机械结构加工误差的控制成为了制造业中的一大挑战。
误差的存在会直接影响产品的质量和性能，因此开发高效准确的在线监测与补偿算法对于提高加工精度至关重要。
一、加工误差的来源分析机械结构加工误差主要来源于以下几个方面：1. 设备精度问题：包括机床刚度、传动装置精度等方面的问题；2. 加工环境：如温度、湿度等环境因素对加工精度的影响；3. 材料特性：材料热胀冷缩、变形等对加工精度的影响；4. 加工工艺：加工路径、刀具磨损等对加工结果的影响。
二、机械结构加工误差监测方法针对机械结构加工误差的监测，目前主要有以下几种方法：1. 传感器监测法：通过安装传感器在机械结构中实时测量加工误差，获取误差数据；2. 图像处理法：通过分析加工过程中的图像变化，来反推加工误差；3. 数学建模法：通过建立数学模型，模拟加工过程，从而推测加工误差；4. 机器学习法：通过训练机器学习模型，对加工误差进行预测和监测。
三、机械结构加工误差的在线补偿算法在线补偿算法是指在加工过程中，根据实时监测的加工误差数据进行修正，以达到提高加工精度的目的。
目前常用的在线补偿算法有以下几种：1. 手动调整法：加工人员根据误差监测数据，手动调整机械结构参数，达到误差补偿；2. 反馈控制法：根据误差监测数据，自动调整机械结构参数，通过反馈控制实现误差的补偿；3. 预测补偿法：通过对加工误差的预测，提前进行补偿，减少误差对产品质量的影响；4. 神经网络补偿法：通过训练神经网络模型，对加工误差进行在线补偿。
四、机械结构加工误差的在线监测与补偿算法研究进展随着智能制造技术的发展，机械结构加工误差的在线监测与补偿算法研究也取得了一系列重要进展。
以下列举几个研究领域的案例：1. 传感器技术的创新：如光纤传感技术、纳米测量技术等，提高了加工误差的监测精度；2. 图像处理算法的改进：利用深度学习算法，实现对加工过程中微小变化的实时监测；3. 数学建模方法的优化：通过对加工过程中各因素的分析，对误差进行准确建模，提高补偿效果；4. 机器学习算法的应用：利用大数据和机器学习技术，对加工误差进行精准预测和监测。
精密复杂零件数控加工在线检测误差补偿研究
精密复杂零件数控加工在线检测误差补偿研究发布时间：2021-09-06T11:07:37.133Z 来源：《科学与技术》2021年4月11期作者：张淞[导读] 精密复杂零件制造是一个国家制造业水平的集中体现。
随着我国数控加工张淞航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江哈尔滨 150000摘要：精密复杂零件制造是一个国家制造业水平的集中体现。
随着我国数控加工技术的飞速发展．人们对在线检测技术提出了更高的要求。
当前国内大量在线检测软件受机床系统、测头品牌等限制，编程烦琐，价格昂贵无法通用。
开发一套宏程序在线检测库，引入数控机床系统，通过调用宏程序并赋值，生成所需要的在线检测程序。
控制加工中心自动完成检测任务．这样不但可以有效提高产品检测精度、效率，还可以大大降低检测成本。
关键词：精密复杂零件数控加工；在线检测误差补偿；前言：制造业装备技术的不断进步，对零件的加工精度和效率等提出了愈来愈高的要求。
与规则零件相比较，复杂曲面零件的设计、加工和精度检测等过程更为复杂，要求有相应的检测技术对不同尺度、不同精度要求的各类复杂曲面加工精度进行检测和保证。
一、精密复杂零件数控加工在线检测原理复杂零件通常由圆柱、圆锥、凸台、凹槽、球、椭圆等几种基本体组合而成．将一个精密复杂零件按不同特征分解为不同的基本体。
在计算机上生成基本体在线检测宏程序，将基本体在线检测宏程序由通信接口传输至数控机床，通过调用基本体在线检测宏程序库中的宏程序并赋值，生成所需要的在线检测程序。
机床伺服系统驱动测头对被测件上的点、线、面、圆孔、圆柱、圆锥、凸台、凹槽、球、椭圆等基本体进行测量，测头测量时发出的触发信号通过测头与数控系统的专用接口转换为数控系统可识别的信号。
数控系统接收信号后，记录下各测量点坐标，对坐标进行处理，最终获得组合体的测量结果。
二、精密复杂零件数控加工在线检测误差补偿1.在线检测系统在误差分析与补偿的科学研究领域上仍然存在着关键性目前国内所开发的在线检测系统的检测对象较为单一，针对复杂曲面的在线检测系统较少，然而复杂曲面的零部件的应用越来越广泛，只能针对简单规则形体（如平面、圆柱等）的在线检测平台不能满足要求。
2.5误差补偿解析
1）极高的硬度和耐磨性；2）刃口能磨得极其锋利； 3）刀刃无缺陷；4）与工件材料的抗粘接性好，摩擦系数低。 单晶金刚石被公认为理想的、不可代替的超精密切削刀具材 料，是因为它有着一系列优异的特性，如硬度极高，耐磨性
和强度高，导热性能好，和有色金属摩擦系数小，能磨出极
大，常与误差补偿连接形成在线检测系统。
在线检测与误差补偿系统组成
误差信号的检测
误差信号的处理 误差信号的建模 补偿控制 补偿执行机构
非接触传感器、双频激光 分离干扰信号等 建立数学模型计算误差
数据反馈给控制系统，输出补偿量 多用微位移机构来完成
在线检测与误差补偿系统实例
主轴箱
锋利的刀刃等。
立铣工件平面度的误差补偿
主要由平面度误差测量、液压精密定位和微机控制组成 1-工件2-刀具 3-测针 4-夹具 5-步进电机 6-步进电机 7-激光束 8-支承 9-激光束 10-伺服驱动器 11-微机 12-误差测量系统
刀具、误差补偿、磨削作业与思考题： 1.名词解释
晶面 、晶体面网密度 、解理现象、在线检测 误差补偿 、磨具的强度 、超硬磨料砂轮磨削
在线检测与误差补偿技术
保证零件加工精度的途径有两条： 1. 靠所用的机床保证 “蜕化” “母性” 原则，制造超精密机床难 度很 大，甚至不可能达到。 2. 采用误差补偿技术 “进化” “创造性” 原则，采取措施抵消、均 化、
减小误差。误差补偿技术已成为重要手段。
加工精度的检测
1. 离线检测 工件加工完后，从机床上取下进行检测。 只能检测加工后的结果，不能反映过程变化。 2. 在位检测 工件加工完后，在机床上不卸下进行检测。 只检测加工后的结果，但避免了基准不重合误差 3. 在线检测（动态检测） 加工过程中检测，反映误差发展及分布，难度较
位置检测误差补偿的基本原理
位置检测的精度和准确性在各种自动化和运动控制应用中具有关键的作用。
然而，由于各种原因，如传感器误差、测量设备的限制等，位置检测往往存在一定的误差。
为了提高位置检测的精度，误差补偿是一种常用的方法。
下面我们将详细讨论位置检测误差补偿的基本原理和步骤。
一、误差识别误差补偿的第一步是识别出存在哪些误差。
这通常涉及到对位置检测系统的深入理解，以及对可能影响检测精度的各种因素的评估。
误差可能来源于传感器、测量设备、环境条件、或者系统的其他部分。
二、误差测量一旦识别出误差，下一步就是测量这些误差的大小和特性。
这通常涉及到使用某种形式的校准过程，例如使用已知精确位置的参考点进行测量，或者使用统计分析来评估误差的大小和分布。
三、误差补偿模型建立在识别并测量出误差后，需要建立一个模型来描述这些误差。
这通常涉及到使用数学表达式或者数据拟合技术来创建误差模型。
这个模型将描述误差与某个参数或一组参数之间的关系。
四、补偿策略实施建立误差模型后，就可以实施补偿策略了。
这通常涉及到在位置检测系统中引入一个反向的误差，以抵消原始误差。
这可以通过修改系统的参数、调整传感器读数、或者在控制系统中的其他部分来实现。
补偿策略的实施需要根据特定应用和系统的需求来进行。
五、误差验证与优化最后，需要对补偿后的系统进行验证，以确保误差已经减小到可接受的范围内。
这可能涉及到使用校准过程，或者通过比较补偿前后的位置检测数据来进行验证。
如果发现仍然存在较大的误差，可能需要回到前面的步骤，重新识别误差、测量误差、建立模型和实施补偿策略。
总结：位置检测误差补偿的基本原理涉及多个步骤，包括误差识别、误差测量、建立误差模型、实施补偿策略以及验证和优化。
通过实施这些步骤，可以显著提高位置检测的精度和准确性，从而提高自动化和运动控制系统的性能。
三线性系统校正中误差补偿技术分析
三线性系统校正中误差补偿技术分析三线性系统是指由三个线性部分组成的系统，其中包括线性传感器、线性放大器和线性显示器。
在工业控制领域中，因为各个线性部分的不完美性能，系统会产生一些误差。
为了提高系统的准确性和稳定性，人们开发了误差补偿技术。
误差补偿技术是在三线性系统中对误差进行修正的一种方法，通过对传感器、放大器和显示器进行校正，使系统输出更加准确和可靠。
首先，我们来看传感器的误差补偿技术。
传感器是测量物理量的装置，其输出值需要经过校正才能得到准确结果。
常见的传感器误差包括非线性误差和零漂误差。
非线性误差是指传感器输出值与输入值之间的偏离程度，可以通过多次测试得到非线性曲线，再利用曲线拟合方法求解真实值。
零漂误差是指传感器在零输入时的输出值，可以通过测量零点值，并将其作为零漂误差进行补偿。
接下来，我们考虑放大器的误差补偿技术。
放大器主要作用是放大传感器输出的信号，同时也会引入一定的误差。
常见的放大器误差包括增益误差和偏移误差。
增益误差是指放大器输出信号与输入信号之间的差异，可以通过确定放大器的增益系数来进行补偿。
偏移误差是指放大器在零输入时的输出值，可以通过将其作为偏移误差进行校正。
最后，我们来讨论显示器的误差补偿技术。
显示器是将放大器输出的信号转化为人们可以理解的形式，如数字或图形显示。
常见的显示器误差主要包括非线性误差和饱和误差。
非线性误差是指显示器的输出与输入之间的线性度差异，可以通过校正曲线来进行补偿。
饱和误差是指当输入信号超过显示器的测量范围时，显示器无法正确显示的情况，可以通过选择合适的显示器范围或采用超量程措施来进行补偿。
综上所述，三线性系统校正中的误差补偿技术是对传感器、放大器和显示器等部分的误差进行校正和补偿，以提高系统的测量准确性和稳定性。
通过采用合适的校正方法和技术，可以有效地降低系统的误差，并提高系统的工作性能。
在实际应用中，根据具体的系统要求和误差来源，选择合适的校正技术和方法是非常重要的。
在线检测系统中对预行程误差预测和补偿的应用分析
在线检测系统中对预行程误差预测和补偿的应用分析摘要：预测和补偿预行程误差，能在很大程度上提高在线检测系统中测量的精确度，基于这一原理，提出基于BP 与正则化RBF神经网络的一种新的检测误差预测的方法，同时基于BP和正则化RBF 神经网络，建立了一个能够在线检测系统并且预行程误差的模型，利用相关的实验数据，将已经训练好的网络运用到实际中，对加工零件的误差进行预测与补偿。
关键词：在线检测预行程误差误差预测误差补偿近几年，一些专家学者专门研究了在线检测系统预行程误差，检测是控制产品的质量的重要环节，但是，传统机械的加工生产过程中，检测与加工的操作分开的，这种情况下，就出现了二次性的定位误差，数控机床的在线检测为解决这类问题，提供了更加行之有效的措施和途径。
下面通过了解BP和正规化RBF神经网络的预测方法，来探讨与分析在线检测系统中，对预行程误差预测和补偿。
1 影响在线检测精度的原因及对其误差的控制与补偿伴随着高密度加工技术的进步与发展，产业对数控机床在线检测的精确度，有了更高的要求，这种情况下，要想实现对数控机床进行高精度的在线检测，更有效的方法，就是要对影响控制机床检测系统精密度的因素，做更加详细的研究与分析，这样才能在最大限度上避免检测中产生的误差，也可以根据影响检测精度的因素对误差进行最大程度的补偿，以实现数控机床更加精确的在线检测。
调查发现，影响检测机床精确度的因素主要有：测头半径补偿、几何误差以及测头预行误差三种因素，但是，当机床热平衡后，测头预行程误差和机床集合误差就成为影响数控机床检测的最主要的原因，所以，这种误差也可以表示为Δ≈ｆ（Δ１，Δ２），其中Δ１表示机床几何误差，Δ２表示测头预行程误差，ｆ表示机床误差，测头误差与在线检测误差之间的参数函数关系，用构建数控机床的形式对数学模型进行在线检测，从而识别并测量模型中的各个误差参数值，最终实现对在线检测中系统存在误差现象的补偿。
2 基于BP神经网络，预行程误差预测模型的构建2.1 BP神经网络方法ANN是一种对人的大脑进行物理结构层的模拟，也就是用电脑仿真的方法，运用物理结构对人脑进行模拟，具有自组织、自学习、自适应、高度非线性映射以及高容错的能力，同时，ANN的网络始终开放，具有自主再学习的功能，很大程度上提高了系统的适用范围和精确度，BP也是目前世界上应用最广、最成熟的神经网络之一，实现每层神经元无连接，而上下层全连接的状态，经过各个隐含的层面，使神经元的激活值由输入层传播到输出层，与此同时，输出层获得输入响应，在按以减少实际输出和目标输出误差的方向，通过各隐含层从输出层再回到输入层，最后逐层修复个链接的偏置值和权值，此算法被称为“误差传播反向算法”即BP，随着PB修正方法的不断进行，输入模式响应中，网络的正确率也逐渐的上升，目前，BP神经网络被更多的应用于组合优化、预测控制及模式识别等领域中。
在线监测与误差补偿技术
三、误差补偿技术
误差修正、抵消、均化、钝化、分离等都是误差补偿的 各种形式和方法。
广义上误差校正、误差修正都是误差补偿的同义词。 从狭义角度看： 误差修正（校正）指对测量、计算预测的误差进行修正 误差分离指从综合测量中分离出单项的误差； 误差抵消指两个或以上误差相互抵消； 误差补偿指对一定尺寸、形状、位置相差程度（差值） 的补足，本章所论述的误差补偿主要指这一种。
22
外 、 孔 类 形 状 位 置 误 差 测 量
§2在线检测与误差补偿方法
圆 一、形状位置误差的在线检测
1. 外圆、孔类形状位置误差的测量方法，主要针对的是
超精密主轴系统的回转误差，不仅进行静态测量还十 分重视动态测量方法，其主导思想是将测量基准圆误 差与主轴回转误差分离开。提出了三点法和转位法。 三点法：
外 圆 、 孔 类 形 状 位 置 误 差 测 量
一、形状位置误差的在线检测
2）闭合等角转位法：测头不动工件相对于轴系转α角， 共测m个位置， m α=360°，可测得m组数据：
Vi (θ ) M i (θ ) + S (θ + i360° / m) =
S 当m很大时， i (θ ) 的平均值可以忽略不记，于是可得回 转轴系平均误差：
8
误 差 补 偿 的 概 念
三、误差补偿技术
误差补偿：在机械加工中出现的误差用修正、抵消、 均化、“钝化”等措施是误差减小或消除。 用修正法或称校正法加工丝杠
9
误 差 补 偿 的 概 念
三、误差补偿技术
抵消补偿法装配车床主轴
10
误 差 补 偿 的 概 念
三、误差补偿技术
第6章现代检测技术培训资料
ey
1 4
R
R
e0
(6-18)
2) 差动半桥：如图6.5b所示，当 R1R1 、R2R2且 R 1R2R，
电桥输出电压：
ey
1 2
R
R
e0
(6-19)
3) 差动全桥：如图6.5c所示
当
、
、
、
， R1R1 R2R2 R3R3 R4R4
4) 且R 1 R 2 R 3 R 4 R， 电桥输出电压：
(6-16)
为电桥输出电压与各桥臂电阻变化量的一般关系式。由于 RR，
忽略分母中的 R 项和分子中的 R高次项，对于最常用的全等臂电桥
，可写为：
ey4 eR 0R 1R2R3R4
(6-17)
2020/8/15
6.2.1 测量电桥
（2）直流电桥主要的特点： a) 所需的高稳定度直流电源较易获得； b) 电桥输出是直流量，可以用直流仪表测量，精度较高； c) 对传感器至测量仪表的连接导线要求较低； d) 电桥的预调平衡电路简单，仅需对纯电阻加以调整即可。 但直流放大器比较复杂，易受零漂和接地电位的影响。
6.2.2 检测信号的放大与变换
(2) 4mA～20mA电压/电流变换电路
图6.19 4mA～20mA电压/电流变换电路特性 2020/8/15
图6.20 4mA～20mA电压/电流变换电路
6.2.3 信号的调制与解调
6.2.3 信号的调制与解调
调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高 频振荡波的某个参数（幅值、频率或相位），使 其按被测信号的规律变化，以利于信号的放大与 传输。
6.2.1 测量电桥
2. 交流电桥
交流电桥电路如图6.10所示，其激励电压采用交流方式。桥臂 的阻抗、电流和电压都用复数表示，则交流电桥平衡时必须满足
数控加工中在线检测及误差补偿的关键技术研究的开题报告
数控加工中在线检测及误差补偿的关键技术研究的开题报告一、选题背景和意义数控加工技术已经成为现代制造业中不可或缺的部分。
在线检测及误差补偿是保证数控加工精度和效率的关键技术。
在线检测可以对加工过程中的误差进行实时监测和纠正，从而保证加工精度；误差补偿是在已知加工误差的情况下对机床进行修正，从而最大限度地减小加工误差。
因此，在线检测及误差补偿技术的研究对提高数控加工精度和效率具有重要意义。
二、研究内容和方法1. 在线检测技术：在线检测技术可以通过感应设备、测量仪器等方式对加工过程中产生的误差进行实时监控和纠正。
本研究将采用光学摄像头和传感器等设备，结合MATLAB软件，对加工过程中的误差进行实时监测和纠正。
2. 误差补偿技术：误差补偿是对机床进行修正，最大限度地减小加工误差。
本研究将结合CAD/CAM软件，对机床运动轨迹进行分析和优化，并通过自动控制系统进行误差补偿。
3. 系统集成：本研究将采用系统集成的方法，将在线检测技术和误差补偿技术相结合，形成一个完整的系统。
三、预期成果1. 实现数控加工过程中的在线检测及误差补偿，提高数控加工精度和效率。
2. 开发一个完整的数控加工在线检测及误差补偿系统。
3. 对在线检测及误差补偿技术的研究，为数控加工技术的进一步发展提供理论基础和实验数据。
四、研究难点1. 在线检测及误差补偿技术的应用范围较广，涉及到多种加工工艺和工件材料。
如何高效地实现多种加工工艺和工件材料的在线检测及误差补偿是一个难点。
2. 在线检测及误差补偿技术需要通过自动控制系统实现，如何优化控制系统的算法和参数，充分发挥在线检测及误差补偿技术的效果也是一个难点。
五、研究计划1. 第一年：对在线检测及误差补偿技术进行理论研究和实验验证，确立系统集成方案，并开发基础软件和硬件平台。
2. 第二年：对基础软件和硬件平台进行优化和完善，扩大系统应用范围，研究多种加工工艺和工件材料的在线检测及误差补偿技术。
误差补偿方法
误差补偿方法误差补偿方法是指在测量过程中对结果产生的误差进行补偿，以提高测量精度的一种方法。
本文将介绍几种常见的误差补偿方法。
1.零点调整法零点调整法是指将仪器在测量前进行调整，使其指示数值为零。
这样在测量时就可以减少仪器的系统误差。
2.回归分析法回归分析法是指利用统计学中的回归分析方法对测量数据进行分析，以消除数据中的随机误差和系统误差，提高测量精度。
回归分析法可用于确定测量数据与温度、湿度等环境因素的关系，进而进行相应的误差补偿。
3.自适应滤波法自适应滤波法是一种实时对测量数据进行滤波的方法。
它可以根据前一次的测量结果与当前的测量结果进行比较，并根据比较结果自动调整滤波系数，从而消除随机误差和系统误差。
二、仪器误差补偿1.校正修正法校正修正法是针对仪器的的一种误差补偿方法。
它可分为两种类型，一种是通过校正使仪器指示值符合已知标准，另一种是通过修正校正系数来消除测量误差。
校正回归法是对仪器进行校正时的一种方法。
它可以利用回归分析方法根据仪器的指示值和已知标准值之间的关系来修正仪器的误差。
常用于对称量仪器和显示仪器的误差校正。
1.温度补偿法温度补偿法指根据温度的变化对测量数据进行修正的方法。
它可以通过附加温度传感器或者利用已知温度与测量数据之间的关系来进行温度误差的补偿。
2.压力补偿法压力补偿法是指利用压力传感器来实时监测介质的压力，并根据介质的压力对测量数据进行修正的一种方法。
它常用于对液位和气体流量等的测量。
以上就是几种常见的误差补偿方法的介绍，它们可以在不同的测量情况下进行应用。
在进行测量前，应该对测量对象和仪器做详细的了解，选择合适的误差补偿方法，以提高测量精度。
第6章 在线检测与误差补偿技术
(2)闭合等角转位法
每次转位时，测头不动，工件相对于轴系转 角，共测m个位 臵， m 3600 ，可得m组数据
Vi ( ) M i ( ) S ( i 3600 / m )
Vi ( ) 测头传感器在某个位置 所测得的一组数据； M i ( ) 测头传感器在某个位置 所测得的一组回转轴系 运动误差；
M ( i 1 i ) M 1 ( i 1 i ) M 2 ( i 1 i ) / 2
可得一般式 等式4和5右边虽相等，但实测数据不同，取平均值
（5）
n n M ( i 1 i ) M 1 ( i 1 i ) / n M 2 ( i 1 i ) / n / 2 i 1 i 1
M ( i 1 i ) V0 ( i 1 ) V0 ( i ) V1 ( i 1 ) V2 ( i ) / 2
对称转位法可用于测量径向和轴向运动误差，操作方便，但 检测工作量较大，也不能用于实时控制。
由式（4）、（5）可得
第2节 在线检测与误差补偿方法
一、形状位臵误差的在线检测
均化法
多齿分度盘是采用四点易位对角研磨法对上下两个齿盘进 行最终加工。上齿盘上下运动与下齿盘产生研磨运动。上齿盘 以正传180°后翻转90°的顺序转位，其位臵为0°-180°90°-270°-180°-360°-270°-90°-0°，八次一个循环， 一次循环后，上齿盘相对下齿盘转动一个齿，再进行下一个循 环，直至全部齿转完。该研磨方式可使齿距误差充分均匀，得 到很高的分度精度。
二、加工精度的检测
离线检测
在位检测
在线检测——也称主动检测或动态检测
离线检测
① 加工后，从机床上取下工件，进行检测
机械制造工艺学重点总结
第一章机械制造工艺学的研究对象是机械产品的制造工艺，包括零件加工和装配两方面,其指导思想是在保证质量的前提达到高生产率、经济型。
课程的研究重点是工艺过程，同样也包括零件加工工艺过程和装配工艺过程。
工艺是使各种原料、半成品成为产品的方法和过程。
各种机械的制造方法和过程的总称为机械制造工艺。
一、绪论机械制造技术有两方面的含义：其一是指用机械来加工零件（或工件）的技术，更明确的说是在一种机器上用切削方法来加工，这种机器通常称为机床、工具机或工作母机；另一方面是指制造某种机械的技术，如汽车、涡轮机等。
广义制造论的形成过程一、制造设计一体化制造技术发展阶段: 手工业生产阶段、大工业生产阶段、虚拟现实工业生产阶段二、材料成形机理的扩展1去除加工：又称分离加工，是从工件上去除一部分材料二成形2结合加工：是利用物理和化学的方法将相同材料或不同材料结合在一起而成形,是一种堆积成形，分层制造方法。
按结合机理和结合强度分为附着、注入和连接三种3变形加工：又称流动价格,是利用力，热,分子运动等手段使工件产生变形,改变其尺寸形状和性能，如锻造、铸造等。
三制造模式的发展第二节机械产品生产过程：是指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程，包括直接生产过程和辅助生产过程直接生产过程：使被加工对象的尺寸、形状和性能产生一定的变化，即与生产过程有直接关系的劳动过程。
包括毛坯的制造，零件的机械加工和热处理,机器的装配、检验、测试和涂装等主要劳动过程。
辅助生产过程:不是使加工对象产生直接变化，但也是非常必要的劳动过程。
包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修,以及动力(电、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程。
机械加工工艺过程的概念：采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量和力学物理性能，使之成为合格零件的生产过程。
机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由一个或若干个顺序排列的工序组成，工序又分为安装、工位、工步和走刀.1）工序由一个（或一组）工人在同一台机床或同一个工作地，对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。
误差补偿法
误差补偿法
误差补偿法（Error Compensation Method）是一种常用的测量方法，主要应用于精密测量、机器人控制、航空航天等领域。
它通过对测量设备和测量对象的误差进行分析和补偿，提高了测量精度。
误差补偿法基本原理是在测量前进行误差预测，并将其纳入到测量结果中进行修正，从而达到减小误差的目的。
具体实现过程如下：
1. 对测量设备进行误差分析，包括系统误差和随机误差。
例如，对于传感器来说，可以通过标定和校准等方法，确定其输出值与实际值之间的误差。
2. 对测量对象进行误差分析，包括形状、尺寸、温度、压力等参数的影响。
例如，在测量一个工件的尺寸时，需要考虑到温度对测量结果的影响。
3. 通过数学模型将测量设备和测量对象的误差进行匹配，得到真实的测量值。
例如，在测量一个平面时，可以通过多点测量的方法，将平面的误差信息转化为数学模型，从而计算出最终的测量结果。
4. 对于无法确定误差模型的情况，可以通过多次重复测量，并对测量结果进行平均值处理来降低随机误差的影响。
误差补偿法的优点在于能够提高测量精度，减小误差，特别是针对长距离、高精度、复杂形状等需要高精度测量的场合。
但也存
在一定的局限性，例如它不能完全消除系统误差和环境因素的干扰，需要结合其他方法共同应用。
在线检测与误差补偿技术
多齿分度盘是采用四点易位对角研磨法对上下两个齿盘进行最 终加工。上齿盘上下运动与下齿盘产生研磨运动。上齿盘以正 传180°后翻转90°的顺序转位，其位置为0°-180°-90°270°-180°-360°-270°-90°-0°，八次一个循环，一次循 环后，上齿盘相对下齿盘转动一个齿，再进行下一个循环，直 至全部齿转完。 2该020/研1/16磨方式可使齿距误差充分均匀，得到很高的分度精度。
第1节 概述
三、误差补偿技术
2.误差补偿的类型 （1）实时与非实时误差补偿 实时误差补偿（在线检测误差补偿或动态误差补偿）： 加工过程中，实时进行误差检测，并紧接着进行误差补 偿，不仅可以补偿系统误差，且可以补偿随机误差。 非实时误差补偿：只能补偿系统误差。 （2）软件与硬件误差补偿
软件补偿：通过计算机对所建立的数学模型进行运算 后，发出运动指令，由数控伺服系统完成误差补偿动作。 软件与硬件补偿的区分是看补偿信息是由软件还是硬件 产生的。软件补偿的动态性能好，机械结构简单、经济、 工202作0/1/方16 便可靠。
第1节 概述 三、误差补偿技术
钝化法
在车削加工时，由于导轨在垂直面上的纵向直线度会造成刀尖中 心高位置的变化，影响工件的加工精度。 a图为刀具安装在水平位置，若刀尖位置下降h值时，工件在半径
上尺寸会增大 R h ；（误差迟钝方向）
b图为刀具安装在垂直位置，若刀尖位置下降h值时，工件在半径
上2尺020寸/1/1会6 增大 R h。（误差敏感方向）
误差分离：指从综合测量所得的误差中分离出所需的 单项误差；
误差抵消：指两个或更多个误差的相互抵消；
误差补偿：对一尺寸、形状、位置差值的补足。
2020/1/16
第1节 概述
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转位法
反转法 测量时只作一次转位，共测得两组数据
V1 ( i ) M1 ( i ) S( i )
V2 ( i ) M 2 ( i ) S( i )
式中
V1 ( i )、V2 ( i ) 分别为测头传感器两次 所测得的两组信号 M1 ( i )、M 2 ( i ) 分别为两次测得的回转 轴系运动误差
x(k ) A(k ) S (k )
y( k )
B( k ) S (k m1 ) x(k ) cos(2m1 / N ) sin( 2m1 / N )
只有在主轴回转完整一周后，才能求得回转误差
转位法
采用圆光栅测量角度 位置，用测微仪（测头 传感器）测量工件形状 误差和回转轴系运动误 差，起点电路提供一个 作为角度位置的起始点 信号。
二、加工精度的检测
1.离线检测 工件加工完毕后，从机床上取下，在机床 旁或在检测室中进行检测。 2.在位检测 工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的 情况下进行检测。 3.在线检测 工件在加工过程中的同时进行检测，又称 主动检测、动态检测。
在线检测特点
1）能够连续检测加工过程中的变化，了解在加工过 程中误差分布和发展；
2）综合型补偿
对工件尺寸、形状和位置误差同时进行综合 补偿，其中包括对尺寸、形状和位置一种误差 中的多项误差进行综合补偿。
第2节 在线检测与误差补偿方法
一、形状位置误差的在线检测 1.外圆、孔类形状位置误差的测量方法 三点法 建立如图所示的直角坐标系。 O1点的极坐标为x(θ)和y(θ)。 s(θ)为被测工件的轮廓形状误 差。测微仪A、B、C的输出信号 分别为A(θ)、B(θ)、C(θ)， 则
第6章 在线检测与误差补偿技术
6.1
概述 6.2 在线检测与误差补偿方法 6.3 微位移技术
第1节 概述 一、保证零件加工精度的途径
保证零件加工精度的途径：1）“蜕化”原 则，或称“母性”原则。2）“进化”原则， 或称“创造性”原则。 提高加工精度的途径：1）隔离和消除误差； 2）误差补偿，用相应的措施去“钝化“、抵 消、均化误差，使误差减小。
平移法 测量分两次进行，在第二次测量时，工件平移一个步 距S，得到两组数据
V1 ( x i ) M ( x i ) S ( x i ) V2 ( x i ) M ( x i ) S ( x i 1 )
若机床和检测装置重复性好，可认为
M1 ( xi ) M 2 ( xi ) M ( xi )
2）检测结果能反映实际加工情况； 3）在线检测的难度较大； 4）在线检测大都用非接触传感器，对传感器的性能 要求较高； 5）一般是自动运行，形成在线检测系统。
在线检测类型
1）直接检测系统：直接检测工件的加工误差，并补偿
2）间接检测系统：检测产生加工误差的误差源，并补 偿
三、误差补偿技术
1.误差补偿的概念
将式（1）与式（3）相加后减去2倍的式（2）得
A( xi ) C ( xi ) 2B( xi ) S( xi 1 ) S( xi 1 ) 2S( xi )
二、在线检测与误差补偿系统应用 1.车削工件圆度和圆柱度的误差补偿
工件圆度误差 平均减小40％， 工件圆柱度误 差平均减小23 ％
2.磨削工件圆度的误差补偿
工件圆度 误差由 0.74μm 减少到 0.375 μm。
3.镗削工件内孔圆柱度的误差补偿
补偿后的内 孔圆柱度误 差减少了56 ％～64％
4.立铣工件直线度的误差补偿
该系统直线 度误差减少 了80％。
5.数控立铣工件平面度的误差补偿
平面度误 差减少了 80％
6.精密丝杠螺距的误差补偿
由式（1）、（3）可得 V1 ( i 1 ) V0 ( i ) M ( i 1 ) M ( i ) M1 ( i 1 i ) （4）
由式（1）、（2）可得 V0 ( i 1 ) V2 ( i ) M ( i 1 ) M ( i ) M 2 ( i 1 i ) （5） 取平均值 M ( i 1 i ) M1 ( i 1 i ) M 2 ( i 1 i )/ 2 一般式
2.误差补偿的类型
（1）实时与非实时误差补偿
实时误差补偿—加工过程中，实时进行误差 检测，并紧接着进行误差补偿，不仅可以补偿 系统误差，且可以补偿随机误差。非实时误差 补偿—只能补偿系统误差。
（2）软出运动指令，由数控随动系统 完成误差补偿动作。软件与硬件补偿的区分是 看补偿信息是由软件还是硬件产生的。
P( ) A( ) C2 B( ) C3C ( ) S( ) C2 S( 1 ) C3 S( 1 2 )
C2 sin( 1 2 ) / sin 2
C3 cos1 / sin 2
P ( ) 传感器组合信号
测量时，若取采样点数为N，则令
n n M ( i 1 i ) M1 ( i 1 i ) / n M 2 ( i 1 i ) / n / 2 i 1 i 1
由式（4）、（5）可得
M ( i 1 i ) V0 ( i 1 ) V0 ( i ) V1 ( i 1 ) V2 ( i )/ 2
2.平面类形状位置误差的测量方法
反转法 测量分两次进行，在第二次测量时，工件转过 180度， 得到两组数据
V1 ( xi ) M1 ( xi ) S ( xi )
V2 ( x i ) M 2 ( x i ) S ( x i )
得两组信号； 式中 V1 ( x i )、V2 ( x i ) 分 别 为 测 头 两 次 所 测 的 S ( x i ) 测 头 所 测 得 信 号 中 工 形 件状误差部分； i 采 样 点 序 号 ； xi 采 样 点 x方 向 直 线 位 置 。
可得
S( xi ) S( xi 1 ) V1 ( xi ) V2 ( xi )
两点法
取步距S为两测头的间距进行测量，若将机床直线运动 部件的角运动误差 ( x ) 忽略不计，则得到
i
V1 ( x i ) M ( x i ) S ( x i ) V2 ( x i ) M ( x i ) S ( x i 1 )
2k / N
1 2m1 / N
2 2m2 / N
并将 P( ) S( ) C S( ) C S(
2 1 3
1
2 )
离散化
P(k ) S(k ) C2 S(k m1 ) C3 S(k m1 m2 )
最后求得任意时刻机床主轴回转运动误差
V ( )/ m
i
对称转位法 在0度位置测完后，测头不动，工件相对于轴系各作 一次 、 转位角，取转位角等于采样间隔角 ， 共得3组数据
V0 ( i ) M ( i ) S ( i )
V2 ( i ) M ( i ) S( i ) M ( i ) S( i 1 ) V1 ( i ) M ( i ) S( i ) M ( i ) S( i 1 )
(1) (2) (3)
i 采样序号， i 1 ～n；
V0 ( i )、V2 ( i )、V1 ( i ) 测头传感器分别在 00、＋、－位置所测得的信号；
M ( i ) 测头传感器所测得回转 轴系运动误差；
S( i ) 测头传感器所测得信号 中工件形状误差部分。
A( ) S ( ) x( )
B( ) S ( 1 ) x( ) cos1 y( ) sin 2 C ( ) S ( 1 2 ) x( ) cos( 1 2 ) y( ) sin( 1 2 )
消去x(θ)和y(θ)得三点法误差分离基本方 程为
S( i ) 测头传感器所测得信号 中工件形状误差部分
i 采样点序号
i 采样点角度位置
若整个检测装置的检测重复性好，则
可得
S ( i ) V1 ( i ) V2 ( i ) / 2 M ( i ) V1 ( i ) V2 ( i ) / 2
三点法
用间距为步距S的三个测头进行测量，则考虑机床直线 运动部件角运动误差 ( x ) ，得到3组方程
i
三点法
A( xi ) M ( xi ) S( xi 1 ) ( xi )
B( x i ) M ( x i ) S ( x i )
（ 1） （ 2） （ 3）
C ( x i ) M ( x i ) S ( x i 1 ) ( x i )
2.误差补偿的类型
（3）单项与综合误差补偿
综合误差补偿是同时补偿几项误差，比单项 误差补偿要复杂，但效率高、效果好。 （4）单维与多维误差补偿
多维误差补偿是在多坐标上进行误差补偿， 难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来 的误差补偿技术。
3.误差补偿过程
过程：1）反复检测出现的误差并分析，找 出规律，找出影响误差的主要因素，确定误差 项目。2）进行误差信号的处理，去除干扰信 号，分离不需要的误差信号，找出工件加工误 差与在补偿点的补偿量之间的关系，建立相应 的数学模型。3）选择或设计合适的误差补偿 控制系统和执行机构，以便在补偿点实现补偿 运动。4）验证误差补偿的效果，进行必要的 调试，保证达到预期要求。
4.误差补偿系统的组成
1）误差信号的检测
2）误差信号的处理
3）误差信号的建模
计算机控制系统
4）补偿控制
5）补偿执行机构
1
2
3
4
5
误差补偿系统组成示意图 1－误差信号检测 2－误差信号处理 3－误差信号建模 4－补偿控制 5－补偿执行机构
5.误差补偿技术的发展 1）预报型补偿