【摘 要】
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关节臂坐标测量机是一种串联式转动关节三坐标测量机,它通过模拟人手臂关节的旋转和摆动来进行测量。关节臂坐标测量机因其具有开阔的测量空间、灵活的测量方式且其便于携带、成本低而被广泛应用于航空航天、汽车制造以及其他工业生产和检测领域中。但关节臂坐标测量机所采用的手动牵拉末端测头进行测量的方式存在着测量效率低下、测量姿态随意和测量重复性受人为影响较大等缺点,容易给测量带来许多误差,同时,面对工业生产制造智
【基金项目】
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自驱动关节臂坐标测量机精度保障技术研究（编号:51775163）国家自然科学基金项目,2019-2021；
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关节臂坐标测量机是一种串联式转动关节三坐标测量机,它通过模拟人手臂关节的旋转和摆动来进行测量。关节臂坐标测量机因其具有开阔的测量空间、灵活的测量方式且其便于携带、成本低而被广泛应用于航空航天、汽车制造以及其他工业生产和检测领域中。但关节臂坐标测量机所采用的手动牵拉末端测头进行测量的方式存在着测量效率低下、测量姿态随意和测量重复性受人为影响较大等缺点,容易给测量带来许多误差,同时,面对工业生产制造智能化和在线自动测量快速增长的需求,本课题组提出研究自驱动关节臂坐标测量机。本文研究自驱动关节臂坐标测量机标定技术,减小结构参数误差,以提高测量机的测量精度。本文首先介绍了关节臂坐标测量机的国内外研究现状,分析标定中多种标准件的使用,结合自驱动关节臂坐标测量机的特点,确定本标定系统使用激光跟踪仪作标准件,接着介绍了自驱动关节臂坐标测量机的结构组成,采用经典的Denavit-Hartenberg模型建立了自驱动关节臂坐标测量机的运动学模型,根据设计尺寸和运动学模型确定了其运动学参数,并对该模型进行仿真验证。其次分析了自驱动关节臂坐标测量机的主要误差来源,针对运动学模型中结构参数误差,建立了位置误差模型和距离误差模型两种结构参数辨识误差模型,以此两种模型为基础,设计了线性最小二乘算法、Levenberg-Marquard算法和遗传非线性规划算法,在Matlab中设计了多种算法的数据处理程序。本文在分析研究了激光跟踪仪的工作组件和工作原理的基础上,基于距离误差参数辨识模型,搭建了激光跟踪仪标定系统并进行了标定实验。通过分析比较,确定采用Levenberg-Marquard算法,并实现了对自驱动关节臂坐标测量机结构参数辨识。最后,采用标定后的结构参数与标定前初始结构参数分别对20组距离进行了较大尺度的长度测试比对;采用标定后结构参数和最小二乘拟合算法对半径为25.431 mm的标准球上12个点拟合获得球体参数,进行定位测试的重复性误差评测。上述实验结果表明,标定后距离误差较标定前得到较大改善,20组距离测试中最大距离误差绝对值从13.8950 mm减小到了0.3004 mm,测量误差减小了近97.8%,对标准球测量的重复性误差为0.0380 mm。本文所研究的误差分析模型和标定算法满足设计要求,实验方案切实可行。
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