三头激光打标机定位误差补偿系统的研究和开发

论文摘要

激光打标技术是在激光热处理、激光焊接、激光切割等技术之后发展起来的一门新型加工技术,能够轻松解决传统加工技术很是棘手甚至无法解决的问题,在众多加工制造行业中扮演着极其重要的角色,而激光打标机作为激光打标技术的典型应用,在各个领域中的使用越来越广泛。随着激光设备向高精度、高自动化水平发展,其工作要求也越来也高,要求具有高精度的定位和控制方式,这对于提高激光加工设备自动化程度、推动激光行业的发展具有重要意义。本文的设计、研发和实验工作在广东正业科技股份有限公司的支持下展开,具体完成的工作任务如下:（1）通过对传统打标机结构的研究和面向目前需求的分析,进行相应的方案设计,使用SolidWorks三维软件,建立激光打标模组、线性传动机构、基座、流水定位平台等各部件的设计模型,并确定各零部件尺寸,完成相关配件的选型等;将各零部件装配成为三头激光打标机整体,生产样机并且将其调试到位,为后续误差补偿系统的开发和研究工作提供平台。（2）确定打标机各个部件的接触和约束类型,对影响整机分析的关键部件进行单元简化处理,即借助link10杆单元模拟滚珠轴承点接触位置,使用COMBIN14弹簧单元简化直线滚动导轨接触部位,进而计算打标机的主要受力情况,进行网格划分等,完成仿真分析的前处理阶段。（3）以运动方向为研究重点,进行静力学分析,添加热载荷进行稳态热-结构耦合分析,提取打标机总体变形和各个方向的变形情况,通过得到的总位云图、x y z方向位移云图、应力图,发现在稳态热-结构耦合下,运动方向所受应力、变形较大;对整机进行模态分析,得出整机在各阶下的固有频率,通过对比输出频率,可知打标机整机不会发生共振。该过程主要通过分析检查设计质量,并且确定影响整机变形的主要因素,为整机在运动方向的总误差计算提供数据支持。（4）分析运动方向对定位精度造成影响的主要因素,在有效行程内等距取点,提取各点位在稳态热-结构耦合分析下的x方向和y方向的变形量;通过实验获取相应点位的原始设备误差,并将两者进行参数叠加,近似获得各设定点位的总定位误差。以提升系统精度为出发点,提出采用加权拉格朗日二次插值算法,对计算总误差值进行拟合,并且可根据拟合出的曲线,获取全行程内任意位置的补偿值。最后,通过设计多组试验,检测补偿效果,在该激光打标机上开发的误差补偿系统,能够将机器在x方向和y轴方向的定位精度稳定在±0.03mm,均在±0.06mm的设计要求范围内。该补偿方法较传统补偿方法相比,具有使用方便、补偿精确稳定和具有可移植性等优势。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王征

导师: 袁清珂

关键词: 激光打标机,有限元分析,误差分析,插值算法,误差补偿

来源: 广东工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 广东工业大学

分类号: TN249

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000072

总页数: 76

文件大小: 3422K

下载量: 82

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