线性压力传感器（静态）基本误差不确定度评定 吉林省计量科学研究院：张攀峰 李德辉 韩晓飞 孙俊峰 1、评定依据：JJG 860-1994 《压力传感器（静态）》 JJF 1059-1990 《测量不确定度评定与表示》 JJF 1094-2002 《测量仪器特性评定》 2、测量方法: 检定/校准、检测装置由标准器（在此为0.02级活塞式压力计）、压力源、三通接头用导压管连接起来而组成，导压管另一端与压力传感器（以下简称传感器）连接起来，连接处不得泄漏，外加对传感器供电电源，并由数字电压表读取传感器输出。通过采用多次循环测量确定被测传感器工作直线方程的方法进行检定/校准、检测。 3、数学模型 依据JJG 860 — 1994 压力传感器（静态）检定规程可知，线性压力传感器的基本误差公式为： A =±（ξS +ξLH ）------（1） 式中：A ——传感器各检定/校准、检测点的基本误差（以绝对误差表示） ξLH ——传感器各检定/校准、检测点系统标准不确定度分量 3 方差和灵敏度系数 ()()() () 22 222212------+=LH S u C u C A u ξξ
式中：灵敏度系数C 1=C 2=1 则： 4 标准不确定度一览表 5 标准不确定度分量的计算 5.1 由被检定/校准、检测传感器重复性引起的标准不确定度u (ξS ): 用0.02级活塞压力计检定/校准、检测由北京中航机电技术公司生产CYB —IOS 型，编号为2H2883，测量范围为0—80MPa,0.25级传感器的0MPa 、10MPa 、20MPa 、30MPa 、40MPa 、50MPa 、60MPa 、70MPa 、80MPa 点，分别读取被检定/校准、检测传感器各点四个循环读数如下表所示： 传感器在整个测量范围内的标准偏差为s ： ()()() () 3222------+=LH S u u A u ξξ) 4(21 2 1 2------+= ∑∑==m S S s m i Di m i Ii
GPS主要误差源及补偿方法 学院：电子信息工程 专业年级：自动化1306 :熊宇豪 学号：13212054 时间：2016年04月11日 小组：熊峰、熊宇豪、张丹 GPS主要误差源及补偿方法 摘要 GPS测量误差按其生产源可分3大部分：与卫星有关的误差，包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差；与信号传播有关的误差，包括电离层折射误差、对流层折射误差和多路径效应误差；与接收机有关的误差，主要包括接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。 关键词：GPS,误差源。 一、G PS观测中的误差分类 1）与卫星有关的误差：卫星时钟误差、卫星星历误差、相对论效应误差； 2）与信号传播有关的误差：电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应误差； 3）与接收机有关的误差：接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。 另外在进行高精度GPS测量定位时（进行地球动力学等方面的研究），通常还应该考虑与地球整体运动有关的误差，如地球自转和地球潮汐的影响等。按误差的性质进行区分，上述各种误差有的属于系统误差、有的属于偶然误差。例如，卫星星历误差、卫星时钟误差、接收机时钟误差和大气折射误差等都属于系统误差，而多路径效应误差等是属于偶然误差。其中系统误差比偶然误差无论是从误差本身的大小或是其对测量定位结果影响程度来讲都要大得多,所以说系统误差应该是进行GPS 测量定位时的主要误差源。 二、消除或消弱上述误差影响的基本方法和措施
1. 建立误差改正模型对观测值进行改正，误差改正模型通常有理论模型、经验模型和综合模型。理论模型是通过对误差产生的原因、性质及其对测量定位影响的规律进行研究和分析，并从理论上进行严格的推导而建立起来的误差改正模型。经验模型则是通过对大量的观测数据进行统计分析和研究，并经过拟合而建立起来的误差改正模型。而综合模型则是综合以上两种方法建立起来的误差改正模型。 2. 选择较好的硬件和良好的观测条件，在GPS测量定位中，有的误差是无法利用误差改正模型进行改正的。例如，多路径效应误差的影响是比较复杂的，这与观测站周围的环境有很大的关系。要削弱多路径效应误差的影响，一是选择功能完善的接收机天线：二是在选择GPS点位时远离信号源和反射物。 3. 利用同步观测的方法，并对相应的同步观测值求差分，研究和分析误差对观测值或平差结果的影响情况，制定合理的观测方案和采取有效的数据处理方法。通过对相应的观测值求差分来消除或削弱一些误差的影响。 4. 引入相应的参数，在GPS测量定位中。将某些参数设为未知参数，而将卫星提供的参数值作为未知参数的初始值。在数据处理中与其他未知参数一起进行解算，从而达到削弱误差的影响，提高测量定位结果精度的目的。 三、各种误差对导航和测量定位的影响以及消除措施 3.1与卫星有关的误差 与卫星有关的误差包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差。 3.1.1卫星时钟误差 1. 卫星时钟误差通常是指卫星时钟的时间读数与GPS标准时间之间的偏差。虽然在每颗GPS 卫星上都装备有原子钟（艳原子钟和钏原子钟），但是随着时间的积累，这些原子钟与GPS标准时间也会有难以避免的偏差和漂移。通常卫星时钟的偏差总量约在1ms以内（该项误差通常也称为物理同步误差），由此产生的等效距离误差可达300km左右。对于卫星时钟的这种偏差，GPS系统是利用地而监控系统对卫星时钟运行状态进行连续的监测而精确确定的，并以二阶多项式的形式予以表示，A/ = % 3（f）+。心f）：+ [y（'）d%o为to时刻卫星的钟差、ai为切时刻钟速，az为钟速的变化率，这些参数是由地而监控系统的主控站测定，并通过卫星的导航电文提供给用户使用。计算卫星时钟读数的改正数并加以改正，改正后通常能保证卫星时钟与GPS标准时间的同步误差在20ns 以内（该项误差通常也称为数学同步误差），由此产生的等效距离误差不会超过6m。要想进一步削弱卫星时钟残差对测量定位的影响，可以在不同的观测站上对同一颗卫星进行同步观测，并将相应
立式加工中心机床的螺距误差补偿 随着我国制造业的飞速发展，数控机床制造技术也在不断地发展，同时对数控机床的各项性能提出了越来越高的要求。机床的定位精度便成为了衡量机床性能的一项重要指标。机械结构当中不可避免的摩擦、间隙，以及装配误差成为了制约机床定位精度的主要因素。由此，数控系统的制造商开发出了螺距误差补偿功能，借此以消除或者削弱以上因素对机床定位精度的影响，从而达到更好的加工效果。发那科与西门子两大公司在这个领域表现得尤为出色，以下将对这两种数控系统的螺距误差补偿方法进行详细介绍。 1.发那科数控系统机床的误差补偿（以FANUC 0i-MD为例） 1.1基本概念 1.1.1补偿点的指定 各轴的补偿点的指定，可通过夹着参考点的补偿点编号指定(+)侧、(-)侧来进行。机械的行程超过(+)侧、(-)侧所指定的范围时，有关超出的范围，不进行螺距误差补偿（补偿量全都成为0）。 1.1.2补偿点号 补偿点数，在螺距误差设定画面上提供有共计1024 点，从0 到1023。通过参数将该编号任意分配给各轴。 另外，螺距误差设定画面中，在最靠近负侧的补偿号前，显示该轴的名称。 1.1.3补偿点的间隔 螺距误差补偿的补偿点为等间隔，在参数中为每个轴设定该间隔。 螺距误差补偿点的间隔有最小值限制，通过下式确定。 螺距误差补偿点间隔的最小值＝最大进给速度（快速移动速度）÷7500 1.2相关参数 (1)1851 每个轴的反向间隙补偿量。 (2)1852 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量。 (3)3620 每个轴的参考点的螺距误差补偿点号。 (4)3621 每个轴的最靠近负侧的螺距误差补偿点号。 (5)3622 每个轴的最靠近正侧的螺距误差补偿点号。 (6)3623 每个轴的螺距误差补偿倍率。 (7)3624 每个轴的螺距误差补偿点间隔。 注：以上参数中3620，3621，3622，3624修改后需要切断电源并重新上电才生效，其余参数修改后复位即可生效。 1.3操作方法（以X轴行程为850mm的丝杠为例，全长采集20个数据） 1.3.1连接激光干涉仪 1.3.2设置参数
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值 相对真值 输入输出 测量误差
项目数控车床丝杠螺距误差的补偿 一、工作任务及目标 1．本项目的学习任务 （1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法； （2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。 2．通过此项目的学习要达到以下目标 （1）了解螺距误差补偿的必要性； （2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法； （3）能够正确设置螺距误差参数。 二、相关知识 滚珠丝杠螺母机构 数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。 1、滚珠丝杠螺母机构的结构 滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图1；在丝杠1 和螺母 4 上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管 3 连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。
2、进给传动误差 螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为0.012mm/300mm。 反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母 结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。 图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它 用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴 向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。
第五章装配工艺过程 一、填空 1.误差补偿方法是。 人为地在系统中加入一种新的原始误差去减少、抵消原有的原始误差。 2.加工盘类工件端面时出现中凸、中凹现象是由于。 刀具（刀架）进给方向与主轴（工件回转中心）轴线不垂直 3．调整法保证装配精度时,又有法、法和法。 固定调整法可动调整法误差抵消调整法 4．机器的质量最终是通过保证的。 装配 5．是组成机器的最小单元。 零件 6．在装配工艺规程制订过程当中，表明产品零、部件间相互关系及装配流程的示意图 称为。 装配系统图 7．装配精度包括的内容是精度、精度和精度。 相互位置相对运动相互配合 8．零件的精度特别是（次要、关键）零件的精度直接影响相应的装配精度。 关键 9．装配精度（封闭环）是零件装配后（最后、最初）形成的尺寸或位置关系。 最后 10．选择装配法有三种不同的形式：法、法和复合选配法。 直接选配分组装配 二、选择题 1．将装配尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后按要求进行装配，以保证装配精度。这种装配方法是。 （1）完全互换法（2）修配装配法（3）调整装配法（4）选择装配法
（4）选择装配法 2．机械结构的装配工艺性是指机械结构能保证装配过程中是相互联结的零件不用或少用（1）机械加工（2）修配（3）修配和机械加工 （3）修配和机械加工 3．所谓划分成独立的装配单元，就是要求 （1）机械加工车间能有独立的装配区间（2）机械结构能划分成独立的组件、部件等（2）机械结构能划分成独立的组件、部件等 4．在机械结构设计上，采用调整装配法代替修配法，可以使修配工作量从根本上 （1）增加（2）减少 （2）减少 5．装配所要保证的装配精度或技术要求，是装配尺寸链的 （1）组成环（2）封闭环 （2）封闭环 6．采用大数互换法装配时计算,装配尺寸链的公差公式是 （1）统计公差公式（2）极值公差公式 （1）统计公差公式 7．采用完全互换法装配时计算,装配尺寸链的公差公式是 （1）统计公差公式（2）极值公差公式 （2）极值公差公式 8．装配尺寸链的最短路线（环数最少）原则，即 （1）“一件一环”（2）“单件自保” （1）“一件一环” 9．由一个零件的精度来保证某项装配精度的情况，称为 （1）“一件一环”（2）“单件自保” （2）“单件自保” 10．在绝大多数产品中，装配时各组成环不需挑选或改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度的要求，但少数产品有出现废品的可能性，这种装配方法称为 （1）完全互换法（2）大数互换法 （1）完全互换法
1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。 2、回差――反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。 1-3什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？ 静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。主要考虑其非线性与随机变化等因素。动态特性是反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性，研究其频率响应特性与阶跃响应特性，分析其动态误差。区分是为了在数学上分析方便。 1-4分析改善传感器性能的技术途径和措施。 1、结构、材料与参数的合理选择； 2、差动技术； 3、平均技术； 4、稳定性处理； 5、屏蔽、隔离与干扰抑制； 6、零示法、微差法与闭环技术； 7、补偿、校正与“有源化”； 8、集成化、智能化与信息融合。 2-1 金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 对于金属材料，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(d ρ/ρ)/ε大得多，d ρ/ρ=CdV/V 。金属丝材的应变电阻效应为ΔR/R=[(1+2μ)+C(1-2μ)] ε=Km ε。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。半导体材料的(d ρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多,d ρ/ρ=πσ=πE ε。导电丝材的应变电阻效应为ΔR/R=Ko ε。对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+ πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE 》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应相对热输出为：εt=(ΔR/R)t/K=1/K αt Δt+(βs-βt)Δt 应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法 （只能在选定的试件上使用） (1)单丝自补偿应变计 (2)双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式 （2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因： 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施：(1) 差动电桥补偿法 : 差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差 动电路和全桥差动电路。(2) 恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 用作传感器的应变计，有更高的要求，尤其非线性误差要小（<0.05％~0.1％F*S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以 对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-9 四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路，R1,R3受拉，R2,R4受压，代入，得 由全等桥臂，得 可见输出电压Uo 与ΔRi/Ri 成严格的线性关系，没有非线性误差。即Uo=f(ΔR/R)。 因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。 3-1 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同。 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁芯线圈，由两单一式对称组成。铁芯气隙，磁路磁阻随衔铁变化而变化，引起线圈电感量的变化。互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。类似于变压器。互感式传感器为闭合磁路，初次级间的互感为常数；互感式传感器为开磁路，初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作。 3-4 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用什么场合？优缺点？ 电感式传感器主要用于测量位移和尺寸，以可以测量位移变化的其他参数，如力、张力、压力、力矩、压差、振动、应变、转矩、流量、密度等。三种传感器线性范围依次增大，灵敏度依次减少。 3-6 差动式电感传感器测量电路为什么经常采用相敏检波（或差动整流）电路？分析其原理 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。原理：使高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。 3-7 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压)，造成零位误差。原因：零位电压包含基波和高次谐波。产生基波分量的原因：传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致；产生高次谐波分量的原因：磁性材料磁化曲线的非线性。措施：1、合理选择磁性材料与激励电流；2、一般常用方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压；(2)并联电阻消除高次谐波零位电压；(3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。3、另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。4、此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性，来减小零位电压。 331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-+++ ? ?????331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-++++ ? ?????33124124012341234111111424U 4R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R U R R ???????-?-??-?-??=-+-++++ ? ???????==
FANUC 数控机床螺距误差的检测分析与应用 赵宏立 （沈阳职业技术学院，沈阳110045 ）1数控机床螺距误差补偿原理与检测分析 随着精密加工和精益生产的市场需求，数控机床这 种高效高精的自动化设备逐渐在我国普及和使用，由于设备的长期运转和磨损，机床自身的精度需要定期校准，特别是数控机床的重复定位精度和定位精度的检测和补偿，直接影响产品的加工精度和效益。在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的检测和补偿方法。Fanuc 数控机床的螺距误差补偿功能有一定的代表性，下面针对Fanuc 数控机床进行螺距误差的检测分析和补偿。1.1 螺距误差补偿与检测原理 在半闭环数控系统当中，重复定位精度和定位精度很大程度上取决于数控机床的滚珠丝杠精度，由于滚珠丝杠存在制造误差和长期加工使用带来的磨损，其精度必然下降，故所有的数控机床都为用户提供了螺距误差补偿功能。螺距误差补偿是将指定的数控机床各轴进给指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控机床各轴全行程上的误差偏移值，再将误差偏移值补偿到数控系统中，则数控机床各轴在运动时控制刀具和工件向误差的逆方向产生相对运动，自动补偿误差偏移值，提高机床的加工精度。1.2 螺距误差补偿应用与分析 我们知道，在大多数数控系统中螺距误差补偿只是 对机床的线性补偿段起作用，只要在数控系统允许的范围内补偿就会起到补偿作用，每轴的螺距误差可以用最小移动单位的倍数进行补偿，一般以机床参考点作为补偿原点，在移动轴设定的各 补偿间隔上，把应补偿的值作为固定参数设定。如图1所示为步距规采用线性补偿方法进行检测。 但一般情况下丝杠的使用是不均匀的，经常使用的地方必然就要磨损得多，用线性补偿只是进行统一均匀线性补偿，不能照顾到特殊的点，而采用点补偿正好能满足这一点，螺距补偿才会没有误 差。为了减少点补偿的误差，应该尽量选取较小的螺距补偿点间距。点补偿的优点是能针对不同点的不同误差值进行补偿，解决了不同点不同螺距误差的补偿问题，补偿的精度高。缺点是测量误差时比较麻烦，需用专业的测量仪器跟踪各点测量。如图2所示，采用定点补偿法进行螺距误差补偿的检测。 摘要： Fanuc 数控机床在我国数控加工领域占据着主导地位，它的精度和性能指标直接取决于数控机床的定位精度和重复定位精度。在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。利用激光干涉仪或步距规测得的实际位置与数控机床移动轴的指令位置相比较，计算出全程上的误差分布曲线，在数控系统控制移动轴运动时考虑该误差差值并加以补偿,可以使数控机床的精度达到更高水平。 关键词： 定位精度；螺距误差；检测；补偿中图分类号：T G502.13文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2010）05－0038－03 Analysis and Application of Thread Pitch Error Compensation in Fanuc CNC Machine ZHAO Hong-li （Shenyang Polytechnic College,Shenyang 110045,China ） Abstract ：Fanuc CNC Machine Tools dominated the field of NC machining in China,its accuracy and performance depends directly on the positioning accuracy and repeat positioning accuracy of CNC Machine Tools.In practical applications,the function of pitch error compensation is the most cost effective and direct method of CNC system.The actual position measured by using laser interferometer or a step gauge is compared with the instructions position of CNC machine moving axis,the position error curve is calculated out on the whole distribution,the error value is compensated in the moving-axis CNC system control movement.So the accuracy of CNC machine tools can be achieved a higher level. Key words ：position accuracy;screw pitch error;measure; compensation 图 1 利用步距规进行线性 螺距误差检测 图2利用激光干涉仪进行 定点补偿检测 ACADEMIC COMMUNICATION 学术交流 理论/研发/设计/制造 机械工程师2010年第5期 38
数控机床实时误差补偿技术的学习总结 第1章绪论 制造业的高速发展和加工业的快速提高，对数控机床加工精度的要求日益提高。一般来说，数控机床的不精确性是由以下原因造成： [1]机床零部件和结构的几何误差； [2]机床热变形误差； [3]机床几何误差； [4]切削力（引起的）误差； [5]刀具磨损误差； [6]其它误差源，如机床轴系的伺服误差，数控插补算法误差。 其中热变形误差和几何误差为最主要的误差，分别占了总误差的45％、20％。提高机床加工精度有两种基本方法：误差防止法和误差补偿法（或称精度补偿法）。 误差防止法依靠提高机床设计、制造和安装精度，即通过提高机床本书的精度来满足机械加工精度的要求。由于加工精度的提高受制于机床精度，因此该方法存在很大的局限性，并且经济上的代价也很昂贵。 误差补偿法是认为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度目的的方法。误差补偿法需要投入的费用很小，误差补偿技术是提高机床加工精度的经济和有效的手段，其工程意义非常显著。 误差补偿技术（Error Compensation Technique，简称ECT）是由于科学技术的不断发展对机械制造业提出的加工精度要求越来越高、随着精密工程发展水平的日益提高而出现并发展起来的一门新兴技术。误差补偿技术具有两个主要特性：科学性和工程性。 1．机床误差补偿技术可分为下面七个基本内容： [1]误差及误差源分析； [2]误差运动综合数学模型的建立； [3]误差检测； [4]温度测点选择和优化布置技术； [5]误差元素建模技术； [6]误差补偿控制系统及实施； [7]误差补偿实施的效果检验。 2．数控机床误差补偿的步骤： [1]误差源的分析和检测； [2]误差综合数学模型的建立； [3]误差元素的辨识和建模； [4]误差补偿的执行； [5]误差补偿效果的评价。 3．数控机床误差补偿技术研究的现状： [1]过长的机床特性检测和辨识时间； [2]温度测点布置位置优化； [3]误差补偿模型的鲁棒性； [4]误差补偿系统及实施； [5]五轴数控机床多误差实时补偿问题。 4．数控机床误差补偿技术研究的发展趋势： [1]多误差高效检测方法；
第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。
无锡职业技术学院毕业设计说明书 机械技术学院 毕业设计论文 FANUC的进给运动误差补 偿方法 学生姓名： 指导教师姓名： 所在班级所在专业 论文提交日期论文答辩日期 答辩委员会主任主答辩人 系 年月日
FANUC的进给运动误差补偿方法 目录 毕业设计任务书 (1) 开题报告 (2) 第一章进给运动误差补偿方法 (6) 1.1常见进给运动误差 (7) 1.1.1反向间隙误差补偿 (8) 1.1.2螺距误差补偿 (9) 1.1.3摩擦补偿 (11) 第二章进给误差数据采集与补偿参数的设置 (12) 2.1激光干涉仪 (12) 2.1.1单频激光干涉仪 (12) 3.1 双频激光干涉仪 (13) 3.1.1 雷尼绍激光校准系统 (14) 3.1.2 测量误差分析 (19) 3.2误差补偿参数的设置 (20) 毕业设计总结 (23) 参考文献 (24) 致谢 (25) 外文翻译 (26) 2
无锡职业技术学院毕业设计说明书 机械技术学院 毕业设计任务书 课题名称FANUC的进给运动误差补偿方法 指导教师王小平职称高级技师 专业名称数控设备应用与维护班级数控设备10832 学生姓名尹耀强学号1061083237 课题需要完成的任务： 1．根据课题调研查阅资料，了解国内外现状、进展，编写调研报告。 2．收集技术资料、图纸进行设计或分析探讨。 3．对不同类型设计的分析, 进行方案论证，确定总体方案。 4．完成毕业设计的论文。 5． 3000单词量的外文资料的翻译（专业相关科技类）。 课题计划： 2月21日—2月25日；确定毕业设计课题。 2月28日—3月 4日；收集整理英文翻译资料。 3月 7日—3月11日；查阅技术资料，完成课题的前期调研工作，完成英文翻译。3月14日—3月18日；完成课题相关资料收集，进行毕业论文构思。 3月21日—3月25日；完成毕业论文初稿。 3月28日—4月01日；完成毕业论文初稿。 4月04日—4月08日；修改、完善毕业论文，定稿。 4月11日—4月20日；整理打印毕业设计资料，完成答辩 计划答辩时间： 4月20日 数控技术系（部、分院） 2011 年3月 1 日 1
第16卷第9期计算机集成制造系统 Vol.16No.92010年9月 Computer Integrated Manufacturing Systems Sep.2010 文章编号:1006-5911(2010)09-1902-06 收稿日期:2009-11-17;修订日期:2010-02-26。Received 17Nov.2009;accepted 26Feb.2010. 基金项目:总装备部预研基金资助项目(51318020202)。Fou nda tion item:Project supported by the Gen eral Arm am ent Department Pre -research Foundation,China(No.51318020202). 数控加工误差主动补偿方法 周 静1,陈蔚芳1,曲绍朋2 (1.南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016;2.北京航空精密机械研究所,北京 100076)摘 要:为提高零件的加工精度,提出了基于公差的局部误差补偿法,并通过修正数控程序主动补偿加工误差。分析零件加工表面误差的特点,根据实际公差要求找出超出公差范围的变形关键区域,修正其切削深度以实现误差的局部补偿。得到刀位控制点修正的切深后,重新规划带有误差补偿值的刀具轨迹。结合实际加工精度确定走刀步距和行距,经过后置处理生成零件修正的数控代码。通过实例验证了上述方法的可行性。 关键词:误差补偿;数控编程;数控加工;薄壁零件中图分类号:T H 164 文献标志码:A Active error compensation methods for numerical control machining ZH O U J ing 1,CH EN Wei -f ang 1,Q U Shao -p eng 2 (1.Colleg e o f M echanical &Electr ical Eng ineer ing,Nanjing U niv er sity of A eronautics &A stro nautics, N anjing 210016,China; 2.China P recision Engineering Inst itute for Aircraft Industr y,Beijing 100076,China) Abstract:T o improv e machining accuracy of w orkpieces,a local er ror compensation method based on to ler ance w as pr oposed.A nd the machining erro rs w ere compensated act ively by mo dif ying Numerical Contro l(NC)codes.Err or values of parts surface wer e analyzed,and acco rding to to lerance r equirements,the cr itical deflectio n areas beyond tolerance r ang e wer e obtained,and actual cutt ing depth of t he ar eas w as amended to com pensat e local err or s.T o ol path w ith err or compensated v alues w as re -planned when actually modified cutting depth w as decided.A nd then step and ro w spacing w ere determ ined accor ding to actual machining accur acy.By post -pro cessing ,modified N C codes wer e achiev ed for wo rkpiece machining.A n ex ample w as used to demo nstr ate the feasibility of this approach.Key words:er ro r compensation;numer ical co nt rol prog ramming ;numerical co nt ro l machining ;t hin -w alled par ts 0 引言 数控加工过程通常分为离线零件编程(加工前)、在线加工与监控(加工中)和检验处理(加工后) 三个阶段。目前,对数控加工质量保证的研究主要侧重于中后期两个阶段[1] 。对于零件加工质量的保证,其主要矛盾是加工过程中的工件由于切削力、夹紧力、切削热和残余应力而产生了变形,薄壁件加工因刚度低,加工变形现象则更为显著。为了加工出合格的薄壁零件,可以在数字控制(Num er ical Co n -trol,NC)加工的前期阶段采取相应的措施控制工 件的变形,如通过修正NC 程序克服薄壁件对基于零件理想几何形状所生成的数控刀具轨迹代码的有效性的限制等。在对薄壁件进行误差主动补偿之前,应充分分析加工变形预测量,采取合理的补偿方法,以达到有效改进加工质量的目的。 目前,国内外有关误差补偿技术的研究成果很多,也存在一些不足。DE p PINCE p P 等人针对刀具加工时受力变形引起工件加工误差的问题,提出考虑公差的镜像补偿法[2];KRIS M Y L 等人研究了
压力传感器 误差补偿 孙慧卿 郭志友口 一、引言 缡要：介结了医力传感器、变送器、智能压力传感器．对压力传感器魄扩散硅压力传感器相当于一零点漂移、压力灵敏蜜、菲线性误差进行补偿。设计了压力变送器、溘个有四只电阻的桥路。半导体电蜜变送器、～Ｄ转换器和单旨机电路。较好地补偿压力传感器的误差．阻有温度系数，会产生温度误提高漉量犍良一个数量级勖．达药溅量精良ｏｊｌ％±’字。关键词：智能压力传感器误差补偿精良蓑．估成巽酌厍锸牲牲可右非姥性误差。因此，压力传感器在实际应用中会有温度和压力误差存在。利用压力传感器进行高精度测量时，就要对压力传感器的误差进行补偿。补偿温度误差是用一只温度传感器准确测量环境温度，根据不同温度下的压力数据对其进行数据转换，使得所有测量数据转换为２５℃时的数值，这一转换就是对压力信号的温度零点误差补偿。 设计一个压力传感器和电路系统，由压力传感器、温度传感 器、加转换器和单片机电路组 成，称为智能压力传感器。同时测量温度和压力信号，对压力传感器的误差进行补偿，实现提高测量精度的目的。设计智能压力传感器的步骤是： ①压力和温度传感器电路；②设计Ａ／Ｄ转换器和单片 ： １…令蚋９二掣拓ｒ一 机电路； ③在不同温度下准确测量压力传感器的输出数据； ④编制温度、非线性误差补偿的程序； ⑤测量数据写入程序中，在传感器测量中及时补偿所产生的误差。 二、传感器原理 １、压力传感器 扩散硅压力传感器可以等效为一个电桥电路川，压力传感器等效电路如图ｌ所示。图中电阻Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、心为电桥的四个桥臂电阻，电桥输出电压为： 蜘杀骗％㈩ ｙ。＝一ｙ油 ＼ｌ／ “ （尺１＋尺２）（尺３＋尺４） … 半导体压敏电阻具有各向异性的特性，设计使电桥电阻Ｒ１、Ｒ３具有正增量，电阻Ｒ２、＆具有负增量，再设计成各个桥臂电 阻相等，并且变化量也相等，公式（１）简化为： 睁等岷 （２） ＾ 其中， 尺１＝Ｒ２＝尺３＝尺４＝尺， 则 欲１－肷２＝衄３＝欲４＝监。 从式（２）得知，电桥输出 电压亿与输入电压％成正比关系，％是恒定电压，当电桥受压 力时，电桥电阻发生变化电桥失去平衡，说明电桥的工作电流是变化的，也就是说输出电压分别与电流和压敏电阻相关，这不利于电路稳定，因此，选择恒定电流厶为电桥供电就避免了这一问题的产生，即有输出电压Ｋ仅仅随压敏电阻变化而改变。 ２、压力变送器 压力传感器在液位测量环境特殊性决定压力传感器普遍采用４—２０ｍＡ形式传输，这样使信号可以远距离传送。压力传感 万方数据