關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)研究.pdf

1、關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)是一種新型的多自由度非笛卡爾式坐標(biāo)測量系統(tǒng)，具有體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)靈活、方便現(xiàn)場行測量、價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。本文在對國內(nèi)外關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢全面分析的基礎(chǔ)上，圍繞該類系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究。 本論文研究的課題是國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)是50475116。論文的主要研究工作包括以下幾個(gè)方面： 針對關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)的測量特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，確保了系

2、統(tǒng)的可靠性。在DH參數(shù)法基礎(chǔ)上，提出了準(zhǔn)球坐標(biāo)系統(tǒng)定義，建立了更為簡化和適合標(biāo)定的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，研究了不同關(guān)節(jié)數(shù)量和空間配置對測量空間的影響，對各臂長比例進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本關(guān)系出發(fā)，分析了關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)測頭誤差的產(chǎn)生原因，建立了測頭誤差數(shù)學(xué)模型。根據(jù)誤差理論，對關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行了不確定度分析，研究了零件允差與測量機(jī)測頭位置誤差之間的定量關(guān)系，設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)零件允差優(yōu)化模型。 提出了一整

3、套標(biāo)定關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)各系統(tǒng)參數(shù)的新方法，使得標(biāo)定過程簡單實(shí)用，參數(shù)分離容易實(shí)現(xiàn)。克服了以往標(biāo)定方法的算法復(fù)雜，初值選取敏感，矩陣病態(tài)等問題。整個(gè)測量方法的關(guān)鍵是要求其它參數(shù)以及各個(gè)關(guān)節(jié)臂的轉(zhuǎn)角誤差對標(biāo)定結(jié)果基本上沒有影響，即其它參數(shù)的標(biāo)定誤差和各個(gè)關(guān)節(jié)臂的轉(zhuǎn)角誤差對于被標(biāo)定參數(shù)的影響僅為二次誤差。 依據(jù)具體數(shù)據(jù)采集功能需求，在測量機(jī)的關(guān)節(jié)處分別設(shè)置由角度傳感器以及單片機(jī)組成的智能傳感器單元，提出了一種內(nèi)部基于RS485總線的

4、分布式采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)關(guān)節(jié)角的角度處理功能。對編碼器正交信號(hào)的辨向、四細(xì)分、可逆計(jì)數(shù)采用CPLD實(shí)現(xiàn)，并與傳統(tǒng)的分立元件實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了對比。給出了采集板控制軟件的基本結(jié)構(gòu)，討論了PC端USB驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)基本思路。 最后完成了與關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)精度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差的變化對測頭位置誤差的影響。基于反轉(zhuǎn)法標(biāo)定技術(shù)，對Faro Platinum2.4m關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)的臂長、偏置以及垂直度誤差參數(shù)完成了標(biāo)