基于形貌运动配准分析的精密轴系回转误差检测新方法研究

提出了一种基于形貌运动配准分析的精密轴系回转误差测量的新方法：通过对安装在精密轴系平台上并随其旋转的测试样件表面形貌进行测量和数据图像运动配准分析，同时获取轴系的径向、轴向回转误差数据的方法。开展轴系回转运动误差建模、特征形貌测试样件的制作、图像配准方法研究及基于粒子群的参数优化算法分析等工作。使用原子力显微镜(AFM)测头作为传感器建立精密轴系回转误差纳米精度测试实验系统，改进AFM快速扫描策略，并进行回转误差测试实验及对比验证研究。该方法及实验系统有望开辟一种原理简单、适用性广的高效高精度轴系回转误差测试新途径，为精密轴系回转误差分离和补偿工作奠定基础，具有十分重要的理论意义和应用价值。

精密轴系回转误差测量技术是提高精密加工机床及检测设备的制造、检测水平的关键因素之一。本项目针对精密轴系的回转误差测量问题，提出了一种通过测量特征样件表面的几何特征，进而进行运动特征配准分析来计算精密轴系回转误差的测量方法，建立了该方法下的二维、三维特征运动的计算模型；针对其三维运动特征模型，采用粒子群优化算法PSO对模型进行了回转误差求解，分离出径向、轴向回转误差曲线，编制了相应的计算仿真软件；采用AFM 纳米刻划加工方法进行了特征三维微结构加工技术研究，获得了可用于回转误差检测的微结构特征样品；建立了精密轴系回转误差测量的实验系统，设计了对测试样件进行精确调心的实验过程，完成了基于AFM的精密轴系回转误差静态试验及基于光学显微系统的动态回转误差测量实验，通过分析轴系回转中心的运动轨迹得到了被测轴系的回转误差实验数据，验证了方法的有效性；此外，将AFM纳米刻划加工与在位三维形貌检测功能相结合，进行了精密轴系回转误差测量的新尝试。