并联三坐标测量机误差分析开题报告

本科毕业论文开题报告届：2014 学院：机械工程学院 专业：机械电子工程 2014年3月 5 日 毕业论文题目并联三坐标测量机误差分析学生姓名学号指导教师赵磊职称讲师一、本题目研究的目的及意义 坐标测量机(coordinate measuring machine,CMM)是实现“空间坐标”测量的重要工具，是一种集机械、光学、电子、数控技术和计算机技术为一体的大型精密智能化仪器,是现代工业检测、质量控制和制造技术中不可缺少的重要测量设备,其技术水平是现代测量技术和制造技术水平高低的一个重要标志，因此，对CMM理论和技术的研究一直是国内外学术界和工业界关注的热点.自1959年夏季由英国Ferranti公司首次提出“坐标测量”概念并展示出第一台坐标测量机CMM样机以来，CMM的发展已经历了40多年的时间。到了60年代，随着工业生产的不断进步，特别是在机床、机械、汽车、航空航天和电子工业的逐步兴起之后，许多复杂零部件的研制与生产都需要通过先进的三维检测技术进行质量检测，这就为体现三维测量技术的三坐标测量机的迅速发展提供了机遇。80年代后期，特别是进入到90年代以后，计算机技术、电子技术及数控技术都进入了高速发展时期。现今，三坐标测量机已经发展成为一种集机械、光学、电子、数控技术及计算机技术为一体的大型精密智能化测量仪器，并已经成为现代工业检测、质量控制和制造技术中不可缺少的重要测量设备。二、国内外研究现状目前，市场上广泛应用的坐标测量机主要是以笛卡尔坐标系结构为主的直角坐标测量机。传统的直角CMM通常由3个相互正交的移动导轨组成。这种CMM的坐标计算方法简单、直观，且具有较大的测量空间。但由于这种CMM自身结果所固有的一些缺陷，使得测量精度及测量效率的进一步提高已感到十分困难。 当今国际市场需求快速变化的特点和21世纪更加个性化的市场趋势，促进了快速设计和制造技术的发展。并联坐标测量机是近30年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，克服了传统串联坐标测量机结构布局的固有缺陷，有效地降低重量和提高对生产环境的适应性，满足了快速多变的市场需求。与常用的串联坐标测量机相比，它的优点是:(1)并联CMM中的可动平台同时经由3根可沿各自轴向伸缩的连杆支撑，从而使整个系统的刚度较串联机构CMM相比有较大程度的提高；(2)各并联杆件只承受沿轴向的线性调节力的作用,因而其运动误差小，不易变形；(3)并联机构中,各杆件间不存在误差累积和放大关系，容易实现高精度测量；(4)并联运动机构中运动部件的惯性质量小，刚度大，因而有望实现高速、高效率测量；(5)可以将测量点放置在测长装置的延长线上，从而减小阿贝误差对测量结果的影响；(6)并联坐标测量机测头的空间位姿灵活，可从任何角度进入工作表面，因而对表面形状复杂,孔隙方位多的零件测量比较方便；由此可以看出，并联机构CMM恰好能够对串联机构CMM的应用局限进行恰当的补充，这无疑为新一代坐标测量机的开发与研制带来了希望，从而为拓宽坐标测量机的应用领域，促进产品的多样化，提高产品的市场竞争力奠定了坚实的理论基础。近年来，以并联机构学为理论依据的智能机器人技术及计算机数控加工技术的研究引起了各国学者的极大兴趣，现已成为新的研究热点，并认为是21世界极具发展前景的先进技术。由于并联运动机构具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加等独特特性，因而若将其应用于坐标测量机中，将有可能使坐标测量机的测量精度及测量效率等综合性能得到很大程度的改善。由此可以看出，并联运动机构理论及应用研究的兴起也为新型坐标测量机的开发提供了机遇，所以，开展并联运动机构坐标测量机的研究工作是非常必要的。三 、本课题的研究内容课题的研究内容主要包括以下三个：1.结合RPS并联机构平台，设计高精度探测装置，构建并联三坐标测量机结构；2.依据系统结构，建立数学模型并分析误差源；3.进行误差实验并分析数据，给出各项误差对测量精度的影响，为后续原理样机机构最优化设计奠定理论基础；四、课题的研究方法及手段 研究方法：通过对并联三坐标测量机静态与动态时的观察与实际测量，从测量机的基本结构，机械部分，控制部分，到最后的探测部分进行系统的分析与测量，建立运动学模型，利用Matlab软件对其进行数学建模，着重分析运动时的误差产生方式与原因，实现并联三坐标测量机的运动仿真，最后得出结论。五、课题的研究步骤（1）并联三坐标测量机虚拟样机的几何模型，包括几何建模、形象建模和几何造型等过程，从而完成虚拟样机的几何模型设计（2）方案论证，建立运动学模型。 （3）对于建立的参数化实体模型，进行模型简化等（4）实现了并联三坐标测量机虚拟样机的运动仿真。（5）总结设计结果和过程，撰写说明书。六、参考文献1 John A. Bosch. Coordinate Measuring Machines and SystemsJ. New York: Marcel Dekker Inc. 1995,1-382 张国雄.三坐标测量机M.天津：天津大学出版社，1999.3 张国雄.三坐标测量机的发展趋势J.中国机械工程，2000，11(1-2): 222-226.4 叶东，黄庆成，车仁生.多关节坐标测量机的误差模型J.光学精密工程，1999，7(2): 91-96.5 Woncheol Choi, et al. Precision Engi.J, 1998, 22:1536 Mestre M et al. Precision Engi.J,1994, 16:2687 Farzan Farshad, et al. USA Patent, No:5 198 990D,19938 中村哲夫.三坐标测量机测量误差的评价方法J.国外计量. 1994,2: 8-13. 9 林璨.三坐标测量机的精度检定与位置误差补偿J.现代计量测试. 1995,2: 21-24. 10 Oiwa Takaaki. Journal of the Japan Society for Precision Engineering, 1998,64(12):179111 Oiwa Takaaki, et al. Journal of the Japan Society for Precision EngineeringJ, 1999,65(2):28812 K. Takamasu and M. Hiraki. Journal of the Japan Society for Precision EngineeringJ, 1997,63(12):167613 刘得军，车仁生，罗小川.坐标测量机新发展并联运动机构坐标测量机J.光学精密工程，2000，8(5):497-498.14 Huang T，et al. Closed form solution of hexapod-based virtual axis machine toolsJ. ASME J. of Mechanical Design，1999，121: 26-31.15 汪劲松，黄田.并联机床机床行业面临的机遇与挑战J.中国机械工程, 1999，10(10): 1103-1107.16 刘得军，车仁生，杨玉国，等.三自由度并联坐标测量机及其虚拟原型研究J.中国机械工程，2000，11(3): 252.17 黄真，孔令富，方跃法.并联机器人机构学理论及控制J.北京:机械工业出版社，1997:1821.18 李瑞涛，方泥.虚拟样机技术的概念及应用J.机电一体化，2000(10):1719.19 隋爱娜，吴成.虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析J.系统仿真学报，2000(7):386388.20 刘得军，王建林，艾清慧，等.并联坐标测量机测量空间分析与计算机仿真J.组合机床与自动化加工技术，2004，6:24-25.指导教师意见签字： 年 月 日教务处制表