点的重复定位精度

　　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) +/-不确定性或二维-重复定位精度=+/- PRsystem(单位) +/-不确定性或三维-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