[實用新型]一種關節臂測量力誤差辨識裝置

有效

• 申請號: 201720617982.8
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN206756128U
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 劉暉;羅哉;李冬;陶建國;劉奇
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04
• 代理公司: 北京市科名專利代理事務所(特殊普通合伙)11468
• 代理人: 陳朝陽

技術領域

本實用新型涉及關節臂式坐標測量機領域，具體涉及一種關節臂測量力誤差辨識裝置。

背景技術

關節臂式坐標測量機(下文簡稱關節臂)是實現坐標測量的高精度儀器，在坐標測量過程中，由于接觸式測頭與被測物體相互接觸而產生測量力，從而引入測量力誤差，接觸測量力是影響關節臂測量精度的重要因素，由于測量力的存在，使得在接觸式測量過程中，測頭與被測件之間產生局部變形、測桿彎曲變形，這使得關節臂測頭的真實幾何形狀與其運動學方程不匹配，從而帶來較大測量誤差。盡管可以通過對關節臂進行定期的校準來減少測頭誤差，但在校準和測量過程中通常忽略了測量力這一因素的影響，其不能補償測量力在此過程中帶來的校準誤差和測量誤差。為提高關節臂的測量精度，需對關節臂測量力誤差進行辨識和補償。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是設計一個關節臂測量力誤差辨識方法，該方法可辨識出關節臂在進行長度測量的過程中，測量力與測量誤差的對應關系。

本實用新型解決的技術問題所采用的技術方案如下：

本實用新型是通過如下技術方案實現的：

一種關節臂式坐標測量機測量力誤差辨識裝置，包括基座，基座上通過螺栓固定有U形支架，U形支架左外壁和右外壁上均固定有高精度壓力傳感器，兩個高精度壓力傳感器連接有顯示模塊，顯示模塊顯示高精度壓力傳感器的讀數；左側高精度壓力傳感器測量平面上設有左測量面，右側高精度壓力傳感器測量平面上設有右測量面，關節臂式坐標測量機測頭在左測量面和右測量面內進行測定，左測量面和右測量面的范圍為高精度壓力傳感器中心3mm的區域內。

一種關節臂式坐標測量機測量力誤差辨識校正方法，包括如下步驟：

步驟一)采用超高精度的正交式坐標測量機進行左測量面和右測量面間的距離標定；標定結果作為兩個測量面間距離真實值，記為L；

步驟二)用關節臂在左測量面測X(X≥3)個坐標點P_i(x_i,y_i,z_i),(i＝1,2,…,X)，測定過程中測量力大小相同,利用各點到測量平面距離平方和最小得出擬合平面V，然后在右測量面測出一點P_k(x_k,y_k,z_k)，且保證與左端壓力傳感器測量力相同，最后求得P_k到平面V的距離即為關節臂對兩測量面間的距離測定值；改變測量力的大小，進行重復實驗，測量力的大小為F_i,(i＝1,2,…,N)，得到一系列距離測定值L_i,(i＝1,2,…,N)；

步驟三)計算關節臂測量力誤差e_i：

e_i＝L_i-L-d

其中，L_i為左右量測量面距離測定值，L真實值，d為關節臂測頭直徑；由上述測量結果得出(F_i,e_i),i＝1,2,…間的映射關系；

步驟四)根據測量結果擬合出關節臂長度測量誤差與對應測量力之間的線性映射關系：

f(F；k,b)＝kF+b

其中，k為擬合直線的斜率，b為擬合直線的截距；

根據線性映射關系，設定目標函數H為(F_i,e_i),i＝1,2,…到擬合函數f(F；k,b)的偏離程度：

利用模擬退火算法迭代運算目標函數，得到使H最小的k、b值最優解；

步驟五)使用k、b值最優解建立誤差補償模型，利用誤差補償模型即可對關節臂測量力誤差進行校正。

進一步的改進，所述步驟一)在采用超高精度的正交式坐標測量機進行距離標定的方法為：在左測量面隨機測出25個坐標點P_N(N＝1,2,…,25)，每5個點擬合出一個平面，共擬合出5個平面V_i(i＝1,2,…,5)；右測量面測出25個坐標點P_M(M＝1,2,…,25)，每5個點擬合出一個平面，共擬合出5個平面，共擬合出5個平面V_j(j＝1,2,…,5)；分別計算出平面V_i和V_j的平面度，以及相同標號的兩擬合平面的平行度及三維距離；計算結果達標，則以左右兩擬合面的平均值作為兩個測量面間距離真實值。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：