[發(fā)明專利]基于虛擬樣機(jī)的關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)采樣仿真布點(diǎn)策略

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610147852.2
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105783807B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡毅;萬侃然;江超;葉兵;李紅莉;張宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發(fā)明公開了一種基于虛擬樣機(jī)的關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)采樣仿真布點(diǎn)策略，其特征是在機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)分析軟件中搭建六自由度關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)虛擬樣機(jī)；在虛擬樣機(jī)各關(guān)節(jié)位置處分別添加旋轉(zhuǎn)副，在測頭的頂端設(shè)置球副，約束測頭于采樣點(diǎn)，完成單點(diǎn)虛擬樣機(jī)的搭建；依次選擇第一關(guān)節(jié)到第六關(guān)節(jié)為驅(qū)動關(guān)節(jié)，按設(shè)定的角度步距步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，帶動其他關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，使虛擬樣機(jī)呈現(xiàn)不同的姿態(tài)，采集到單點(diǎn)多姿態(tài)下六個(gè)關(guān)節(jié)角度，并由此得到圓編碼器測量值。借助于已知的六個(gè)圓編碼器的誤差特性和采樣點(diǎn)多姿態(tài)下圓編碼器測量值，可以通過計(jì)算獲得該點(diǎn)由于測角誤差而引起的測量誤差，再將分析單點(diǎn)測量誤差的方法推廣到整個(gè)空間，從而使得能夠利用足夠多的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行最佳測量區(qū)的分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在坐標(biāo)測量技術(shù)領(lǐng)域中的基于虛擬樣機(jī)的關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)采樣仿真方法及布點(diǎn)策略。

背景技術(shù)

關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)為多桿通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成的空間開鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)，由于其具有測量空間開闊、操作簡便、便攜性、對使用環(huán)境無特殊要求、易于實(shí)現(xiàn)在線測量等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于各類幾何零件的質(zhì)量控制、產(chǎn)品的逆向工程、模具制造的計(jì)算機(jī)輔助檢測、產(chǎn)品加工裝配的在線或離線檢測等。

六自由度關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)具有各測量臂、各關(guān)節(jié)、各圓編碼器以及測頭，各測量臂分別是第一臂、第二臂和第三臂；各關(guān)節(jié)分別是第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)；各圓編碼器分別是第一圓編碼器、第二圓編碼器、第三圓編碼器、第四圓編碼器、第五圓編碼器和第六圓編碼器。每一個(gè)關(guān)節(jié)可以繞其自身的軸線轉(zhuǎn)動，每一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)對應(yīng)有一個(gè)自由度，裝在關(guān)節(jié)上的圓編碼器可以記錄關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度，六個(gè)圓編碼器記錄的角度和測量機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了測量機(jī)測頭的坐標(biāo)。

六自由度關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)對空間一測量點(diǎn)測量時(shí)可以呈現(xiàn)為不同的姿態(tài)。由于測量機(jī)上六個(gè)圓編碼器的誤差特性不一樣，測量機(jī)以不同姿態(tài)測量空間同一確定測量點(diǎn)時(shí)，不同測量姿態(tài)對應(yīng)六個(gè)圓編碼器的不同測量角度組合，從而對應(yīng)著六個(gè)圓編碼器的不同角度誤差組合，導(dǎo)致空間某一確定測量點(diǎn)測量誤差隨著六個(gè)圓編碼器的轉(zhuǎn)角位置不同而隨機(jī)變化，為一個(gè)不確定的變量，其空間三維誤差如圖1所示，圖中P點(diǎn)表示某個(gè)測量點(diǎn)的實(shí)際位置，黑色區(qū)域Q表示P點(diǎn)測量誤差的范圍。由于六自由度關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)全部測量點(diǎn)測量誤差變化量的最大值在全測量空間范圍內(nèi)是連續(xù)變化的，存在測量點(diǎn)最大誤差為最小或較小的最佳測量區(qū)，圖2中包含有第一區(qū)域1、第二區(qū)域2和第三區(qū)域3，其中的第一區(qū)域1即為最佳測量區(qū)，在最佳測量區(qū)進(jìn)行測量，可以得到高精度的測量結(jié)果。

已經(jīng)公開的論文對最佳測量區(qū)進(jìn)行了理論探討，在關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)測量空間內(nèi)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)樣本，并通過所建的數(shù)學(xué)模型計(jì)算實(shí)現(xiàn)在最佳測量區(qū)內(nèi)測量。研究最佳測量區(qū)僅考慮關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)圓編碼器測量誤差單獨(dú)對關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)產(chǎn)生的測量誤差的影響，但在現(xiàn)實(shí)中，關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的測量誤差不僅僅包含由圓編碼器測量誤差所產(chǎn)生的誤差，還包括桿件彈性變形、環(huán)境溫度和干擾等產(chǎn)生的誤差，很難單獨(dú)分離出測角誤差所產(chǎn)生的誤差；且通過實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)樣本時(shí)，空間布點(diǎn)受標(biāo)準(zhǔn)件限制，同時(shí)為了減輕工作量，只能采用有限的測量姿態(tài)，獲取有限的采樣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)樣本不可能足夠多。

在已知六自由度關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)上六個(gè)圓編碼器的誤差特性情況下，可以計(jì)算出由圓編碼器測量誤差產(chǎn)生的測量誤差，從而確定一測量點(diǎn)形如圖1所示的誤差分布，并進(jìn)一步地去分析最佳測量區(qū)。然而，對于空間的一個(gè)采樣點(diǎn)，以計(jì)算的方式獲得多姿態(tài)下六個(gè)角度值是難以實(shí)現(xiàn)的。

虛擬樣機(jī)技術(shù)是一門新興技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)仿真能很直觀表現(xiàn)產(chǎn)品外觀、空間關(guān)系以及運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的特性，但是，運(yùn)用虛擬樣機(jī)模擬測量機(jī)在虛擬環(huán)境空間中測頭固定于一點(diǎn)進(jìn)行多姿態(tài)運(yùn)動、并輸出各姿態(tài)下六個(gè)圓編碼器角度，以及關(guān)于采樣點(diǎn)的合理分布策略迄今未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容