关节式坐标测量机最佳测量区实用化研究

摘要

关节式坐标测量机相对于正交坐标测量机具有测量范围大、方便携带、测量效率高等优点，然而由于其串联式的机械结构，使得误差逐级传递并且累积放大，导致测量精度不高，无法满足一些实际工程的需求，限制了其在现实中的应用。因此，提高测量机的测量精度是急需解决的问题之一。
　　研究发现在关节式坐标测量机测量空间中存在误差较小的最佳测量区，对小的实测对象在此区域内测量可以使得测量精度得到一定的提高，本文围绕圆编码器误差，提出了求解最佳测量区及使最佳测量区位于易于操作的区域的方法。
　　根据关节式坐标测量机的测量模型，建立了关于圆编码器误差的测量机误差模型。利用光电自准直仪与金属多面棱体组合的方法，对圆编码器误差进行标定。建立圆编码器偏心误差模型，并用以修正标定数据中由于安装偏心引起的误差成分。采用三阶傅里叶级数对误差曲线进行拟合，得到6个圆编码器的误差特性曲线。
　　采用蒙特卡洛法确定测量机的测量空间。利用牛顿迭代法对测量机测量方程进行逆解，得到单点多姿态下的关节转角组合，带入测量机误差模型中得出单点误差分布。通过设计合理的布点与推广方法得到测量空间中均匀分布的大量采样点的数千种关节转角组合，分析得出测量空间内大量采样点的最大误差分布情况。
　　为了得到最佳测量区具体位置，将测量空间等间隔切割成一系列小的立方体区域，对每个小的区域建立求取区域内最大测量误差的数学模型，改进蚁群算法并用于求解该模型，确定了各小立方体区域的最大测量误差，通过比较找到其中最大测量误差为最小的区域即为最佳测量区。
　　在分析圆编码器零位和关节零位间角度（初始安装角度）对测量机测量误差及空间误差分布所产生的影响的基础上，采用粒子群算法确定使设定的易于操作的区域误差较小时的初始安装角度的组合。
　　针对所得的最佳测量区与设定的实用化区域进行了验证，仿真结果表明确定最佳测量区及实用化的方法行之有效。研究成果可用于指导实际测量与测量机的装配，以实现最佳测量区实用化的目的。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 关节式坐标测量机概述

1．3 关节式坐标测量机研究现状

1．4 最佳测量区研究现状

1．5 课题来源、研究目的和意义及主要内容

第二章 关节式坐标测量机误差模型与圆编码器误差标定

2．1 关节式坐标测量机的测量模型

2．1．1 D-H变换矩阵

2．1．2 基于D-H变换矩阵的关节式坐标测量机测量模型

2．2 基于圆编码器测角误差的关节式坐标测量机误差模型

2．3 圆编码器误差标定

2．3．1 圆编码器误差测量的方案

2．3．2 圆光栅编码器偏心误差修正方法

2．3．3 圆编码器误差方程

第三章 关节式坐标测量机测量空间最大误差分布仿真分析

3．1 单点多姿态测量误差仿真

3．1．1 关节式坐标测量机逆解程序设计

3．1．2 单点测量误差分布

3．2 关节式坐标测量机测量空间

3．3．1 布点与推广算法

3．3．2 xoz平面最大误差分布

3．3．3 整个测量空间误差分布

第四章 蚁群算法求解最佳测量区

4．1 蚁群算法解决TSP问题基本原理

4．2 最佳测量区确定方法

4．2．1 区域内最大测量误差模型

4．2．2 寻找区域内最大测量误差的蚁群算法

4．3 仿真结果与验证

4．3．1 仿真结果

4．3．2 最佳测量区验证

第五章 最佳测量区实用化

5．1 最佳测量区实用化模型

5．1．1 初始安装角度对测量误差的影响

5．1．2 最佳测量区实用化模型建立

5．2 最佳测量区实用化算法

5．2．1 粒子群优化算法

5．2．2 算法步骤及仿真结果

5．2．3 实用化区域验证

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况