[发明专利]一种关节式坐标测量机的测量姿态优化方法

说明书

本发明提供了一种关节式坐标测量机的测量姿态优化方法，包括以下步骤：a)测量姿态优化过程：将姿态优化装置放置在待测空间内，使用关节式坐标测量机对姿态优化测量装置上不同面上的多个锥孔以不同测量姿态进行测量；计算每个采样点数据的重复精度，并与六个关节转角值组成关节式坐标测量机姿态优化数据，并对数据进行处理；借助关节式坐标测量机的辅助支架在处理后测量姿态下对待测物进行测量；b)数据处理过程：通过D‑H模型计算第j组测量姿态θ1j、θ2j、θ3j、θ4j、θ5j、θ6j下对应的测头坐标xj、yj、zj，计算对应采样点i的至少50组数据坐标平均值

技术领域

本发明属于坐标测量技术领域，具体涉及一种关节式坐标测量机 的测量姿态优化方法。

背景技术

关节式坐标测量机是一种多自由度非正交坐标式的三坐标测量 机，它主要是由一个磁性基座，三个测量臂，六个关节转角和一个测 头组成。通过每个关节转角内的角度传感器的示数和关节式坐标测量 机的结构参数借助运动学模型来计算测头的坐标。相比传统的三坐标 测量机，关节式坐标测量机有着使用方便、测量范围大、测量精度较 高、环境适应能力强等优点被广泛应用于精密测量，产品检测，逆向 工程等方面。但是由于测量机串联式的机械结构导致其有着误差因素 多、误差逐级传递、结构参数标定困难等缺点。关节式坐标测量机的 标定大多是通过对测量机结构参数进行参数辨识并对原测量机内结构参数进行补偿来完成的。但是由于关节式坐标测量机的结构参数众 多，且个别参数随测量环境的变化有着微弱变化导致测量机标定过程 中存在着误差，使得进一步提高关节式坐标测量机的测量精度困难。 目前，提高关节式坐标测量机测量精度的方法主要是通过对测量机结 构参数进行标定实现的。主要分为外部标定和自标定两种方法。外部 标定大多是使用高精度测量设备对测量机的参数进行测量或者校准 了，标定过程比较复杂，且对辅助标定设备要求较高，如《基于激光 跟踪仪的关节式坐标测量机参数标定》利用激光跟踪仪进行标定，标 定时采用专用夹具固定测量机的姿态，测量30个点，采用高斯-牛顿 法求最小二乘解，《关节臂式坐标测量机标定系统的设计》和《基于 反转法的平行双关节坐标测量机的标定》借助标定装置使用反转关节 的方法对平行双关节坐标测量机和六自由度关节式坐标测量机进行 标定。而自标定则大多通过使用关节式坐标测量机测量特定的标定件 如锥窝或者石英棒等联立方程组求解测量机结构参数。《柔性坐标测 量机参数辨识方法》采用了单点锥窝的标定方法，将一个锥窝固定在 测量空间的一个位置，使用关节式柔性坐标测量机对锥窝顶点连续采 样200点；《变臂关节式坐标测量机的参数自标定方法研究》使用非 线性规划遗传算法对60组测量数据进行参数辨识。相比外部标定方 式，内部标定有着实施简单，不需要过多的辅助设备等优势，但无法 克服标定过程中由算法带来的误差和采集过程当中的人为误差以及 由于测量环境的改变导致的结构参数的变化。

关节式坐标测量机的测量精度和测量姿态相关。《关节臂式坐标 测量机转角误差的仿真研究》由于不同测量姿态导致相同转角误差影 响下的测量精度是不同的；《关节臂式坐标测量机误差仿真系统建模 与分析》提出关节转角和关节扭转角的误差与测量姿态有密切关系； 《关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识》中提到角度传感器 偏心误差是有关关节转角的函数，且对测量机测量精度影响很大。则 使用不同测量姿态将可以减小由于传感器偏心误差导致的测量误差。 以上文献都提出测量精度受测量姿态影响较大，但都没有准确提出关 节式坐标测量机的测量姿态优化方法。

发明内容