五自由度三坐标测量机的校正技术研究

摘要

五自由度坐标测量机是一种新型非笛卡尔式三坐标测量机,但其采用开放链式结构、误差来源广且误差之间耦合严重,这些因素给设备校正技术提出了更高的要求。
　　 传统的校正技术主要通过三坐标测量机或标准工件提供标准值,通过对比标准值与待标定设备的测量值得出设备误差值,然后分析不同来源的误差与设备误差值的空间位置关系,得出设备误差模型。但实际中,这种操作方法的数据处理复杂、工作量大,不能很好的分离和确定误差来源及不同误差对设备精度的影响程度,再加上随机误差的影响,使得设计合理、实际可行的校正方案十分困难。
　　 本文提出一种新的设备校正方法,首先研究设备模型的参数特性,对误差来源和不同误差对设备精度影响程度进行特性分析,根据设备结构特性提出了由已知点反求设备位姿的两球模型,并利用其进行最优测量位姿分析。其次,针对光栅偏心建立了数学模型,进行了光栅偏心分析,总结了偏心补偿公式。设计了特定的夹具和测头,提出了分部校正法。依据此方法进行人为的解除参数之间的耦合,通过分析几组不同关节转角组合时,测头在测量空间所形成的轨迹对应的几何图形的参数,来求取设备的误差模型。最后,结合五自由度坐标测量机及计算机技术,对该方法进行了验证,结果表明了分部校正的可行性和实用性。该方法为确定设备模型参数,减小和消除制造、装配误差提供了一种简便、易行的解决方案。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景

1.3 国内外研究现状

1.4 论文研究的目的和意义

1.5 论文各部分的主要内容

第二章 五自由度坐标测量的结构、建模

2.1 五自由度坐标测量机的结构

2.2 五自由度坐标测量机建模

2.2.1 D-H变换矩阵

2.2.2 系统理想模型

2.2.3 系统误差模型

2.2.4 五自由度三坐标测量机工作空间分析

2.2.5 各种类型参数对系统精度的影响

2.3 五自由度坐标测量机模型验证

2.4 小结

第三章 五自由度坐标测量机误差来源及最优测量位姿分析

3.1 五自由度坐标测量机误差分析

3.1.1 关节坐标测量机系统误差来源

3.1.2 关节转角特性分析

3.2 最优测量位姿

3.2.1 两球模型

3.2.2 间接球法

3.2.3 最优位姿求取

3.2.4 最优测量姿势空间分析

3.3 小结

第四章 光栅偏心分析

4.1 光栅偏心建模

4.2 光栅偏心分析

4.3 光栅偏心读数补偿分析

4.4 小结

第五章 分部校正

5.1 测量机的理论测量精度分析

5.2 分部校正方法

5.2.1 分部校正

5.2.2 数据处理所用到的基本方法

5.3 分部校正辅助准备

5.3.1 装配时光栅标定

5.3.2 测头补偿

5.3.3 夹具

5.3.4 特制测头

5.4 虚拟空间的分部校正试验

5.4.1 实验设计

5.4.2 实验数据记录

5.4.3 数据处理

5.4.4 光栅部分模拟

5.4.5 实验结论

5.5 小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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