[發明專利]一種平行雙關節坐標測量機的Z軸阿貝誤差修正方法

有效

• 申請號: 201910256586.0
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109945781B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 于連棟;賈華坤;趙會寧;姜一舟;李維詩;夏豪杰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 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

本發明公開一種平行雙關節坐標測量機的Z軸阿貝誤差修正方法，包括如下步驟，平行雙關節坐標測量機的連接臂進行力變形仿真，在平行雙關節坐標測量機的連桿兩端分別固定安裝激光發射器、位敏探測器，激光發射器射出的光束集中在位敏探測器工作面的中間區域；當觸發測頭接觸到待測工件后，主控電路檢測到觸發信號后，同步鎖存并記錄激光發射器射出的激光打在位敏探測器上光斑的偏移量、直光柵和2個圓光柵的數值；通過獲取的偏移量計算出阿貝角；通過獲取的2個圓光柵角度值，結合測量臂的幾何參數值，計算出阿貝臂；根據計算得到的阿貝臂和阿貝角，對Z軸直光柵的示值進行Z軸阿貝誤差實時修正。可顯著提高平行雙關節坐標測量機的測量精度。

技術領域

本發明屬于測量儀器領域，尤其涉及一種平行雙關節坐標測量機的Z軸阿貝誤差修正方法。

背景技術

平行雙關節坐標測量機是一種非正交式的精密幾何量測量儀器，主要由在豎直方向Z軸上下移動的導軌滑臺系統以及可以在水平方向X-Y平面內旋轉的測量臂系統組成。Z軸導軌滑臺系統包括立柱10、2根精密導軌8、滑臺9、絲杠、電機和直光柵，電機通過絲杠帶動滑臺沿著精密導軌移動，直光柵測量滑臺相對于零位刻線的位移量，得到滑臺的豎直方向位置；測量臂系統由2只連桿1、2個旋轉關節7、手持部件6、觸發測頭4等部分組成。2個旋轉關節中分別安裝高精度圓光柵傳感器，其中圓光柵傳感器的讀數頭固定在讀數頭支架上，圓光柵傳感器的光柵盤固定在旋轉軸上，測量旋轉關節的轉動角度。旋轉關節固定在滑臺上，旋轉關節通過連桿1固定在旋轉關節1上，手持件通過連桿2固定在旋轉關節上，手持件上安裝運行開關，手持件下端安裝觸發測頭。平行雙關節坐標測量機的底座固定在移動設備上，可在車間內實現小范圍移動，體現出該款測量機的靈活性和便攜性。在實際測量過程中，操作人員手握住手持部件，可實現測量臂末端的觸發測頭在X-Y平面的自由移動，通過控制運行開關，控制電機轉動，通過上下方向移動Z軸滑臺，實現測量臂末端觸發測頭的Z軸方向移動。當觸發測頭接觸到待測零件后，產生觸發信號，電路硬件系統檢測到觸發信號后，記錄此時Z軸方向的直光柵以及測量臂中2個圓光柵的示值，求出此時空間三維坐標，與此同時控制電機實現停轉。

由于觸發測頭和直光柵不在一條直線上，即觸發測頭所在的測量線和直光柵所在的標尺線不在一條直線，存在阿貝臂。并且由于測量臂屬于懸臂結構，測量臂的連桿部位會產生較大的形變，產生阿貝角，在阿貝角和阿貝臂共同影響下，產生沿Z軸方向的阿貝誤差。

而目前，尚無針對平行雙關節坐標測量機Z軸阿貝誤差的實時修正方法，僅有連桿彈性變形量的檢測方法，主要有傳統的應力分析法，即選擇連桿表面某個點或某幾個點固定應變片，檢測局部的應力應變，經過復雜的公式推導計算得到連桿末端相對于前端的變形量，該方法計算過程負責且精度不高。另一種方法是采用在連桿兩端分別搭載激光發射器和位敏探測器(PSD)，PSD器件的輸出電壓與照射在PSD上光斑的位置有線性關系，該方案可以測量連桿整段的形變量，且具有達到微米級的高測量精度。

發明內容

本發明的目的是為了解決這一問題，提供一種平行雙關節坐標測量機的Z軸阿貝誤差修正方法，提高平行雙關節坐標測量機的測量精度。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：

一種平行雙關節坐標測量機的Z軸阿貝誤差修正方法，包括如下步驟，

1)平行雙關節坐標測量機的測量臂進行力變形仿真，在平行雙關節坐標測量機的連桿1兩端分別固定安裝激光發射器2、位敏探測器3，調整激光發射器和位敏探測器的位置，連桿1在有支撐的情況下，激光發射器射出的光束集中在位敏探測器工作面的中間區域，以實現在儀器操作過程中對連桿1的沿Z軸變形量的測量；

2)在工作狀態下，當觸發測頭4接觸到待測工件后，主控電路檢測到觸發信號后，同步鎖存并記錄激光發射器射出的激光打在位敏探測器上光斑的偏移量、Z軸直光柵5和2個圓光柵的數值；

3)通過獲取的偏移量計算出阿貝角；