大型球面复杂孔系制造在线测量与控制补偿技术

Precision manufacturing of major equipment is a hot research topic. Large sized workpiece over 5m could not be able to complete a one-time automated processing in a fixed global coordinate system. Because of the cumulative error and multiple baseline manufacturing, the overall accuracy is difficult to be guaranteed. There are lots of questions in the traditional manufacturing such as the lack of effective real-time measurement and a second cutting is necessary in the processing.. The project proposes a situ processing and digital manufacturing scheme for major equipment based on real-time measurement and control compensation techniques, including: a large size coordinate system, a unified benchmark manufacturing solutions, the overall structural design and optimized configuration; An on-line precision measurement and control system in large space based on the real-time measurement method combined with dual-axis orthogonal inertial measurement; the integration, preferred order and weight distribution for measurement module data flow based on manufacturing precision analysis and evaluation method of multi-redundant measurement data; the optimization of kinematic model and error separation for manufacturing platform and the calibration method in the field environment; the delay analysis of control system in the manufacturing platform and the advanced dynamic control mode;The cooperative control method of each axis uses the wide range of measurement and control devices with mobile platforms. precision on-line measurement and control compensation techniques for the holes manufacturing in complex large-scale spherical workpiece and the in situ manufacturing process for other major equipment is to promote the development of China's major equipment manufacturing technology.

重大装备精密制造是研究热点，对于5m以上的大型球面孔系，经常无法在一个固定坐标系下加工，若采用多基准制造模式，精度难以保证，同时缺乏有效方便的在线测量和实时补偿手段，往往进行二次调整切削等。本项目提出了大型球面复杂孔系制造在线测量与控制补偿方法，主要内容包括：构建大尺度制造空间统一基准制造、测量与控制模型；探索多角度交汇与双轴正交惯性测量组合的在线测量技术；形成基于在线测量与制造系统自身测量的内外测量数据统一、融合的超前动态控制模式。拟解决的关键技术包括：移动平台、刀具与在线测量系统在制造空间的总体布局、集成和外部控制方式；基于数字摄影的大空间全局测量控制网、基于双轴正交惯性测量系统和制造系统光栅、编码器的终端测量站的建立、配置和优化；全局整体性多系统动态关联、统一与分层等。为重大装备现场原位制造提供精密在线测量与控制补偿技术，促进我国重大装备制造技术的发展。

项目的背景：重大装备精密制造是研究热点，对于5m以上的大型球面孔系，经常需要现场原位加工，可能无法在一个固定坐标系下进行，若采用多基准制造模式，精度难以保证，同时缺乏有效方便的在线测量和实时补偿手段，往往进行二次调整切削等，加工效率与精度都需要提升。.主要研究内容：本项目提出大型球面复杂孔系制造在线测量与控制补偿方法，主要内容包括：构建大尺度制造空间统一基准制造、测量与控制模型；探索多角度交汇与双轴正交惯性测量组合的在线测量技术；形成基于在线测量与制造系统自身测量的内外测量数据统一、融合的超前动态控制模式。.重要结果和关键数据：课题搭建了由工业机器人、惯性测量仪以及摄影系统组成的工业机器人加工在线测量与闭环控制补偿试验系统，用于解决大于5 m的大型工件的机器人加工系统在线测量与控制补偿问题；提出了一种基于点云特征线重合的统一基准方法，该方法能够准确快速地统一在线位姿测量系统与工业机器人的坐标系；对由各种因素导致的机器人运行的系统误差以及误差补偿技术进行了研究；研究了终端多维滚转角测量技术，实现机器人末端姿态的在线测量；研究了多传感器数据融合的算法，解算得到机器人的位姿；研究了机器人的反馈控制方式，提出了机器人反馈控制算法；利用搭建的闭环控制试验系统，在机器人执行连续路径情况下进行了实验，实验结果表明，通过在线实时误差补偿之后，带负载情况下的直线以及圆弧路径的位置误差的均值分别从1.131 mm和0.884 mm提高到了0.025 mm和0.035 mm。.科学意义：项目研究获得了一系列的成果，为大型球状工件复杂孔系和其它重大装备制造过程提供了一种在线测量与实时控制补偿技术，能够促进我国重大装备制造技术的发展。