[發明專利]一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法

有效

• 申請號: 202011439579.3
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112344895B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 夏桂鎖;溫志輝;劉芳;程強強;程東方;伏燕軍
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 王力文

本發明公開了一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法，涉及精密測量技術領域，將原來關節臂坐標測量機的23項誤差模型擴展為59項的誤差模型，大大增加了關節臂坐標測量機誤差模型的結構參數數量，提升了關節臂坐標測量機的精度。本申請提供的一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法，在原有關節臂測量機誤差模型的基礎上加入軸系晃動誤差項，建立關節臂坐標測量機多參數誤差模型，實現關節臂坐標測量機的高精度標定。

技術領域

本發明涉及精密測量技術領域，特別涉及一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法。

背景技術

關節臂坐標測量機是一種非正交坐標測量系統，通常用于生產車間等工業現場測量環境，操作方便、靈活，應用非常廣泛。

關節臂坐標測量機是一種全新的技術密集、經濟適用的三坐標測量設備，采用開鏈式全轉動副結構、徹底摒棄了傳統三坐標測量機的平臺和導軌，使得產品重量和體積大幅度減小，產品價格大幅度降底，使用便捷性和對使用環境的要求大為改善，使三坐標測量走出實驗室，進入車間和現場，關節臂坐標測量機是測量技術革命性的科技成果。

目前，測量精度的提升是關節臂坐標測量機的主要難題。普通關節臂坐標測量機采用三關節、六傳感器的結構，操作靈活，但是這種設計也同樣引入了大量的誤差源，使得這種測量機的測量精度始終處于中等測量精度水平。

為了保證關節臂坐標測量機的測量精度，國內外學者進行了標定模型、采樣策略、最佳測量、操作力的影響、彈性變形的影響、熱誤差等多方面的廣泛研究。為了追求關節臂坐標測量機的便攜性，其重量一般為幾千克到十幾千克，結構剛性往往不強，彈性變形及其衍生誤差對儀器測量精度的影響較大，而這些誤差的影響用標定算法很難得到有效補償。例如：關節晃動誤差，主要包括徑向跳動、軸向竄動和回轉精度誤差，與軸承的關系緊密，會隨旋轉軸的旋轉角度而變化。

關節臂坐標測量機在結構上類似于工業中常見的開鏈機器人或機械手。而表示機器人每個桿件在空間相對于絕對坐標系機器人的運動學方程，是關節式坐標測量機數學建模的基礎。因此借助機器人研究中成熟運用的D-H方法可建立關節坐標測量機的測量方程。

現有的關節臂坐標測量機誤差模型及標定中沒有考慮軸系誤差項的標定問題。使得由回轉精度誤差、軸向竄動誤差、徑向跳動誤差組成的軸系晃動誤差造成的儀器測量誤差無法進行修正。

針對上述問題，本申請提供一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法，在原有關節臂測量機誤差模型的基礎上加入軸系晃動誤差項，建立關節臂坐標測量機多參數誤差模型，實現關節臂坐標測量機的高精度標定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法，在原有關節臂測量機誤差模型的基礎上加入軸系晃動誤差項，建立關節臂坐標測量機多參數誤差模型，實現關節臂坐標測量機的高精度標定。

本發明提供了一種關節臂坐標測量機多參數模型的建立及標定方法，包括如下步驟：

S1：進行軸系誤差標定實驗，測定軸系回轉精度誤差值、徑向跳動誤差值和軸向竄動誤差值；

S2：根據誤差分析建立軸系誤差數學模型，進行誤差曲線擬合，得到補償后的軸系誤差曲線函數，將軸系誤差曲線函數f(x)展開為傅里葉級數為：

其中，k為關節序號，a₀、a、b、w為常數，由曲線數據計算得出，求得曲線函數后將其代入軸系誤差數學模型中，計算補償后儀器的測頭坐標并評定儀器的測量精度是否提升；其中，擬合結果去中心化；

將測定得出的回轉精度信號去偏心后代入式(1)求出主軸的回轉精度，求取回轉精度F_i(θ_i)的公式如下所示：