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重復(fù)定位精度
編輯：海德星管理員 瀏覽次數(shù):次 更新時(shí)間：2016-08-03 20:33
點(diǎn)的重復(fù)定位精度
Nathan Brown
ALIO
美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究院
2013.06.03
目標(biāo)
Nathan Brown
ALIO
美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究院
2013.06.03
目標(biāo)
一、重復(fù)定位精度的定義
二、新的測(cè)試程序
三、為合作提供新起點(diǎn)
四、范圍：單軸（以及多軸）
二、新的測(cè)試程序
三、為合作提供新起點(diǎn)
四、范圍：單軸（以及多軸）
概述
一、面的重復(fù)定位精度VS點(diǎn)的重復(fù)定位精度
二、測(cè)試方法
三、實(shí)例
四、不確定性分析
五、討論點(diǎn)
六、進(jìn)一步的工作
（六）其他類型的重復(fù)定位精度：6-D（6軸系統(tǒng)）
1、直線度；
2、平直度；
3、平面度；
4、Yaw偏航（繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）；
5、Pitch俯仰（繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）；
6、Roll橫滾（繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）。
二、測(cè)試方法論
（一）測(cè)試方法論概述
1、明確測(cè)試點(diǎn)
2、明確運(yùn)動(dòng)循環(huán)
3、采集數(shù)據(jù)
4、分析數(shù)據(jù)
（二）明確測(cè)試點(diǎn)
1、定位問題 定制VS標(biāo)準(zhǔn)
2、PTS及間距
以ASME B5.54-2005為例：
<250mm(間隔<25mm)
<250mm(間隔<1/10行程)
3、幾何
線性、平面、立體
4、移動(dòng)測(cè)試點(diǎn)（或多重測(cè)試點(diǎn)）。
（1）移動(dòng)測(cè)試點(diǎn)至多個(gè)測(cè)試位置。
（2）移動(dòng)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)至測(cè)試位置。
（三）明確運(yùn)動(dòng)循環(huán)
1、鐘擺測(cè)試
0 ->+A –>0 –>-B ->
（每回到“0“點(diǎn)就采集數(shù)據(jù)）
2、雙向作用
10次，即20個(gè)點(diǎn)動(dòng)。
3、運(yùn)動(dòng)距離>1/10行程
4、ASME B5.54-2005標(biāo)準(zhǔn)雙向LDA測(cè)試也適用。（表7.11）
（四）采集數(shù)據(jù)
1、執(zhí)行運(yùn)動(dòng)循環(huán)
2、采集每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)
采集X軸上重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)
采集y軸上重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)
采集Z軸上重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)
3、完成所有測(cè)試點(diǎn)的采集工作
（五）分析數(shù)據(jù)
1、單個(gè)測(cè)試點(diǎn)
（1） X、Y、X標(biāo)準(zhǔn)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）計(jì)算測(cè)試點(diǎn)球面半徑
（3） PRi-R球面半徑公差
2、系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)
（1）所有測(cè)試點(diǎn)最大半徑
PRsystem=max.[PRi] (Eqn.R-7)
（出自等式7-18，ASME B5.54-2005）
（2） PRsystem-R球面半徑公差
3、數(shù)據(jù)表示
一維-重復(fù)定位精度=+/- PRsystem(單位) +/-不確定性
或
二維-重復(fù)定位精度=+/- PRsystem(單位) +/-不確定性
或
三維-重復(fù)定位精度=+/- PRsystem(單位) +/-不確定性
（其他測(cè)試參數(shù)按照ASME B5.54-2005）
三、不確定性分析
（一）不確定性（電容性測(cè)量）
1、差異：ISO 230-9:2005（E），Annex C
所有數(shù)據(jù)一組（無單向性數(shù)據(jù)）；
含安裝及不對(duì)準(zhǔn)誤差；
含裝置精度誤差；
不含熱補(bǔ)償。
2、下一步工作：
進(jìn)一步發(fā)展方程；
進(jìn)一步量化電容性測(cè)量誤差
增加TUR
（二）不確定性（實(shí)例）
ux= uy= uz= u（RS）
u（PR）=+/-11.0 nm
u裝置誤差=1.9nm
u不對(duì)準(zhǔn)誤差=0.7nm
u安裝誤差=1.9nm
u環(huán)境誤差=1.2nm
u熱誤差=0.0nm
四、討論要點(diǎn)
（一）多軸系統(tǒng)
2、多軸系統(tǒng)測(cè)試規(guī)則
所有軸線影響重復(fù)定位精度。
作為一個(gè)系統(tǒng)來測(cè)試。
3、所有軸雙向運(yùn)動(dòng)；
測(cè)試點(diǎn)幾何匹配用法：兩軸—二維的重復(fù)定位精度；三軸—三維的重復(fù)定位精度
4、相同的測(cè)試程序，更多測(cè)試點(diǎn)。
（1）2軸系統(tǒng)—相同的程序
5、面重復(fù)定位精度與點(diǎn)的重復(fù)定位精度誤差自由度對(duì)比
（二）為什么只測(cè)雙向作用
１、為什么點(diǎn)可重復(fù)性僅僅是一個(gè)雙向測(cè)試？
（1）原因：
“系統(tǒng)”性能；有單向運(yùn)動(dòng)的用途嗎？
（2）測(cè)試目的：
在三維空間里測(cè)試“系統(tǒng)”性能。
（3）單向運(yùn)動(dòng)
按照定義忽略其他軸線或誤差源；哪個(gè)不是“系統(tǒng)”性能。
（4）單向納米精度應(yīng)用
單向=單軸，單個(gè)方向；
納米精度≠單軸，單個(gè)方向；
舉例—XY平臺(tái): ＸＹ軸共同決定測(cè)試點(diǎn)的定位；是否有一種運(yùn)動(dòng)使一個(gè)軸向決定測(cè)試點(diǎn)的定位？
２、所有軸線影響點(diǎn)的重復(fù)定位精度
（三）為什么沒有熱補(bǔ)償
１、熱敏性
微米級(jí)—＞單獨(dú)溫度模型
納米級(jí)—＞熱梯度
—＞０.００１度
—＞復(fù)合模型
—＞適用于平臺(tái)及測(cè)試固件
２、電機(jī)散熱問題
不可能獨(dú)立于環(huán)境；應(yīng)包括在性能內(nèi)。
３、ｕ熱補(bǔ)償＞ｕ漂移
熱補(bǔ)償增大不確定性
４、平臺(tái)上的環(huán)境影響
之前，散熱被視為誤差；精度的需求導(dǎo)致熱性能被視為性能指標(biāo)的一部分。
因此，熱補(bǔ)償會(huì)
１）增加不確定性；
２）隱藏實(shí)際性能指標(biāo)；
３）不代表終端性能。
（四）納米精度的環(huán)境因素
１、用戶終端應(yīng)用：好環(huán)境、好性能；應(yīng)用始終受環(huán)境影響。
２、測(cè)試裝置：不要移除熱補(bǔ)償Ｂ／Ｃ，否則數(shù)據(jù)不代表任何終端用途。
五、下一步工作
（一）用多個(gè)實(shí)體測(cè)試；
（二）電容軌距不確定性；
（三）電容軌距—ＮＩＳＴ（美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所）可追蹤
（四）截?cái)鄿y(cè)試點(diǎn)
（五）循環(huán)公差范圍
（六）難點(diǎn)
１、測(cè)試時(shí)間
２、驗(yàn)收
３、低精度如何
４、單軸—只限
多軸的價(jià)值
六、總結(jié)
（一）重要性
１、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在三維空間中運(yùn)轉(zhuǎn)。（為什么我們?cè)谝痪S空間測(cè)試？）
２、為納米精度使用。（現(xiàn)有方法忽視太多；現(xiàn)有的不確定性太大。）
３、平臺(tái)設(shè)計(jì)（當(dāng)前有許多需求和未知；添加裝置以評(píng)估等效值。）
（二）重復(fù)定位精度方法
１、點(diǎn)的重復(fù)定位精度（點(diǎn)在三維空間里，“系統(tǒng)”所有誤差源的比重）
２、球面公差范圍
３、納米級(jí)不確定性
４、適用于終端應(yīng)用。
（三）思想變化
１、想象點(diǎn)在空間里，而不是一維平面上。
２、想象“系統(tǒng)”，而不是“每軸”
３、雙向作用表示“系統(tǒng)”的實(shí)際應(yīng)用。
４、熱誤差性能（不要?jiǎng)h除）
５、精度的不確定問題
二、測(cè)試方法
三、實(shí)例
四、不確定性分析
五、討論點(diǎn)
六、進(jìn)一步的工作
一、面的重復(fù)定位精度VS點(diǎn)的重復(fù)定位精度
（一）現(xiàn)有技術(shù)
1、ASME B5.54-2005
7.2定位精度及重復(fù)定位精度
7.8.2快換裝置的重復(fù)定位精度
7.8.3托板交換裝置的重復(fù)定位精度
2、ISO 230-2：2006（E）
3、基于現(xiàn)有技術(shù)之上的其他展示。
4、機(jī)床工具轉(zhuǎn)換用于精密運(yùn)動(dòng)。
（二）面的重復(fù)定位精度
1、ASME B5.54-2005
“在相似情形下，機(jī)械順序地在預(yù)期平面定位的能力。重復(fù)定位精度是每單軸上的定義?！?br/> 2、測(cè)試是一維的。
即一個(gè)自由度 ，即一軸
重復(fù)定位精度沿軸方向
（三）面的重復(fù)定位精度測(cè)量（俯視圖）
1、單個(gè)數(shù)值。
2、一維的。
3、“完美的平面是沿著完美的軸?！?br/>
4、誤差源自未知的自由度或軸向。
（四）其他誤差源（現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下等量點(diǎn)）
（五）ASME B5.54-2005（關(guān)于重復(fù)定位精度）
可做：
測(cè)試所有自由度
單軸
不確定度（微米級(jí)）
不可做：
將一維數(shù)據(jù)代入三維
測(cè)試多軸系統(tǒng)
不確定度（納米級(jí)）
（一）現(xiàn)有技術(shù)
1、ASME B5.54-2005
7.2定位精度及重復(fù)定位精度
7.8.2快換裝置的重復(fù)定位精度
7.8.3托板交換裝置的重復(fù)定位精度
2、ISO 230-2：2006（E）
3、基于現(xiàn)有技術(shù)之上的其他展示。
4、機(jī)床工具轉(zhuǎn)換用于精密運(yùn)動(dòng)。
（二）面的重復(fù)定位精度
1、ASME B5.54-2005
“在相似情形下，機(jī)械順序地在預(yù)期平面定位的能力。重復(fù)定位精度是每單軸上的定義?！?br/> 2、測(cè)試是一維的。
即一個(gè)自由度 ，即一軸
重復(fù)定位精度沿軸方向
（三）面的重復(fù)定位精度測(cè)量（俯視圖）
1、單個(gè)數(shù)值。
2、一維的。
3、“完美的平面是沿著完美的軸?！?br/>
4、誤差源自未知的自由度或軸向。
（四）其他誤差源（現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下等量點(diǎn)）
（五）ASME B5.54-2005（關(guān)于重復(fù)定位精度）
可做：
測(cè)試所有自由度
單軸
不確定度（微米級(jí)）
不可做：
將一維數(shù)據(jù)代入三維
測(cè)試多軸系統(tǒng)
不確定度（納米級(jí)）
（六）其他類型的重復(fù)定位精度：6-D（6軸系統(tǒng)）
1、直線度；
2、平直度；
3、平面度；
4、Yaw偏航（繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）；
5、Pitch俯仰（繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）；
6、Roll橫滾（繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）。
二、測(cè)試方法論
（一）測(cè)試方法論概述
1、明確測(cè)試點(diǎn)
2、明確運(yùn)動(dòng)循環(huán)
3、采集數(shù)據(jù)
4、分析數(shù)據(jù)
（二）明確測(cè)試點(diǎn)
1、定位問題 定制VS標(biāo)準(zhǔn)
2、PTS及間距
以ASME B5.54-2005為例：
<250mm(間隔<25mm)
<250mm(間隔<1/10行程)
3、幾何
線性、平面、立體
4、移動(dòng)測(cè)試點(diǎn)（或多重測(cè)試點(diǎn)）。
（1）移動(dòng)測(cè)試點(diǎn)至多個(gè)測(cè)試位置。
（2）移動(dòng)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)至測(cè)試位置。
（三）明確運(yùn)動(dòng)循環(huán)
1、鐘擺測(cè)試
0 ->+A –>0 –>-B ->
（每回到“0“點(diǎn)就采集數(shù)據(jù)）
2、雙向作用
10次，即20個(gè)點(diǎn)動(dòng)。
3、運(yùn)動(dòng)距離>1/10行程
4、ASME B5.54-2005標(biāo)準(zhǔn)雙向LDA測(cè)試也適用。（表7.11）
（四）采集數(shù)據(jù)
1、執(zhí)行運(yùn)動(dòng)循環(huán)
2、采集每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)
采集X軸上重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)
采集y軸上重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)
采集Z軸上重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)
3、完成所有測(cè)試點(diǎn)的采集工作
（五）分析數(shù)據(jù)
1、單個(gè)測(cè)試點(diǎn)
（1） X、Y、X標(biāo)準(zhǔn)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）計(jì)算測(cè)試點(diǎn)球面半徑
（3） PRi-R球面半徑公差
2、系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)
（1）所有測(cè)試點(diǎn)最大半徑
PRsystem=max.[PRi] (Eqn.R-7)
（出自等式7-18，ASME B5.54-2005）
（2） PRsystem-R球面半徑公差
3、數(shù)據(jù)表示
一維-重復(fù)定位精度=+/- PRsystem(單位) +/-不確定性
或
二維-重復(fù)定位精度=+/- PRsystem(單位) +/-不確定性
或
三維-重復(fù)定位精度=+/- PRsystem(單位) +/-不確定性
（其他測(cè)試參數(shù)按照ASME B5.54-2005）
三、不確定性分析
（一）不確定性（電容性測(cè)量）
1、差異：ISO 230-9:2005（E），Annex C
所有數(shù)據(jù)一組（無單向性數(shù)據(jù)）；
含安裝及不對(duì)準(zhǔn)誤差；
含裝置精度誤差；
不含熱補(bǔ)償。
2、下一步工作：
進(jìn)一步發(fā)展方程；
進(jìn)一步量化電容性測(cè)量誤差
增加TUR
（二）不確定性（實(shí)例）
ux= uy= uz= u（RS）
u（PR）=+/-11.0 nm
u裝置誤差=1.9nm
u不對(duì)準(zhǔn)誤差=0.7nm
u安裝誤差=1.9nm
u環(huán)境誤差=1.2nm
u熱誤差=0.0nm
四、討論要點(diǎn)
（一）多軸系統(tǒng)
1、
面的重復(fù)定位精度
基于每個(gè)軸
一維的
1-D的誤差
無軸間作用
點(diǎn)的重復(fù)定位精度
基于每個(gè)系統(tǒng)
三維的
6-D的誤差
含所有軸
面的重復(fù)定位精度
基于每個(gè)軸
一維的
1-D的誤差
無軸間作用
點(diǎn)的重復(fù)定位精度
基于每個(gè)系統(tǒng)
三維的
6-D的誤差
含所有軸
2、多軸系統(tǒng)測(cè)試規(guī)則
所有軸線影響重復(fù)定位精度。
作為一個(gè)系統(tǒng)來測(cè)試。
3、所有軸雙向運(yùn)動(dòng)；
測(cè)試點(diǎn)幾何匹配用法：兩軸—二維的重復(fù)定位精度；三軸—三維的重復(fù)定位精度
4、相同的測(cè)試程序，更多測(cè)試點(diǎn)。
（1）2軸系統(tǒng)—相同的程序
5、面重復(fù)定位精度與點(diǎn)的重復(fù)定位精度誤差自由度對(duì)比
（二）為什么只測(cè)雙向作用
１、為什么點(diǎn)可重復(fù)性僅僅是一個(gè)雙向測(cè)試？
（1）原因：
“系統(tǒng)”性能；有單向運(yùn)動(dòng)的用途嗎？
（2）測(cè)試目的：
在三維空間里測(cè)試“系統(tǒng)”性能。
（3）單向運(yùn)動(dòng)
按照定義忽略其他軸線或誤差源；哪個(gè)不是“系統(tǒng)”性能。
（4）單向納米精度應(yīng)用
單向=單軸，單個(gè)方向；
納米精度≠單軸，單個(gè)方向；
舉例—XY平臺(tái): ＸＹ軸共同決定測(cè)試點(diǎn)的定位；是否有一種運(yùn)動(dòng)使一個(gè)軸向決定測(cè)試點(diǎn)的定位？
２、所有軸線影響點(diǎn)的重復(fù)定位精度
（三）為什么沒有熱補(bǔ)償
１、熱敏性
微米級(jí)—＞單獨(dú)溫度模型
納米級(jí)—＞熱梯度
—＞０.００１度
—＞復(fù)合模型
—＞適用于平臺(tái)及測(cè)試固件
２、電機(jī)散熱問題
不可能獨(dú)立于環(huán)境；應(yīng)包括在性能內(nèi)。
３、ｕ熱補(bǔ)償＞ｕ漂移
熱補(bǔ)償增大不確定性
４、平臺(tái)上的環(huán)境影響
之前，散熱被視為誤差；精度的需求導(dǎo)致熱性能被視為性能指標(biāo)的一部分。
因此，熱補(bǔ)償會(huì)
１）增加不確定性；
２）隱藏實(shí)際性能指標(biāo)；
３）不代表終端性能。
（四）納米精度的環(huán)境因素
１、用戶終端應(yīng)用：好環(huán)境、好性能；應(yīng)用始終受環(huán)境影響。
２、測(cè)試裝置：不要移除熱補(bǔ)償Ｂ／Ｃ，否則數(shù)據(jù)不代表任何終端用途。
五、下一步工作
（一）用多個(gè)實(shí)體測(cè)試；
（二）電容軌距不確定性；
（三）電容軌距—ＮＩＳＴ（美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所）可追蹤
（四）截?cái)鄿y(cè)試點(diǎn)
（五）循環(huán)公差范圍
（六）難點(diǎn)
１、測(cè)試時(shí)間
２、驗(yàn)收
３、低精度如何
４、單軸—只限
多軸的價(jià)值
六、總結(jié)
（一）重要性
１、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在三維空間中運(yùn)轉(zhuǎn)。（為什么我們?cè)谝痪S空間測(cè)試？）
２、為納米精度使用。（現(xiàn)有方法忽視太多；現(xiàn)有的不確定性太大。）
３、平臺(tái)設(shè)計(jì)（當(dāng)前有許多需求和未知；添加裝置以評(píng)估等效值。）
（二）重復(fù)定位精度方法
１、點(diǎn)的重復(fù)定位精度（點(diǎn)在三維空間里，“系統(tǒng)”所有誤差源的比重）
２、球面公差范圍
３、納米級(jí)不確定性
４、適用于終端應(yīng)用。
（三）思想變化
１、想象點(diǎn)在空間里，而不是一維平面上。
２、想象“系統(tǒng)”，而不是“每軸”
３、雙向作用表示“系統(tǒng)”的實(shí)際應(yīng)用。
４、熱誤差性能（不要?jiǎng)h除）
５、精度的不確定問題
閩公網(wǎng)安備35020602000126號(hào)