[发明专利]一种求解关节式坐标测量机最佳测量区的方法

说明书

一种求解关节式坐标测量机最佳测量区的方法，应用在坐标测量技术领域。该方法首先根据关节式坐标测量机的测量模型，建立基于圆编码器测角误差的关节式坐标测量机误差模型；利用蒙特卡洛理论得到6个关节转角的随机数，采用数值方法仿真分析测量机的测量空间；利用牛顿迭代法和适当的布点和推广算法，得到整个空间的最大误差部分情况；然后将整个测量空间等间隔的切割成若干个小立方体区域，采用FOA+PSO确定每个区域最大测量误差；最后，通过比较找到其中最大测量误差最小的区域。这种方法可以快速准确的确定关节式坐标测量机的最佳测量区，从而提高关节式坐标测量机的精度。

技术领域

本发明涉及一种应用于坐标测量技术领域中的求解关节式坐标测量机最佳 测量区的方法。

背景技术

关节式坐标测量机为多杆通过多个旋转关节串联而成的空间开链式串联结 构，由于其具有测量速度快、方便携带、测量空间较开阔、测量死角较少、对环 境的要求低等优点，被广泛应用于汽车整车及零部件、模具、航空航天、汽轮机、 重机以及其他机械加工行业。

六自由度关节式坐标测量机由3个测量臂、6个关节、6个圆编码器及1个 测头构成。各个关节转动的角度由安装在其上的圆编码器输出获得；6个编码器 记录的角度和测量机结构参数决定了测量机测头的坐标。

由于关节式坐标测量机串联式的机械结构，其圆编码器的误差由于放大作用 传递到测头时，导致其测量精度较低，目前提高关节式坐标测量机的精度成为亟 待解决的核心问题。

关节式坐标测量机对空间内任意一点进行测量时，可以通过多种不同的姿态 去进行测量，不同姿态下6个圆编码器的测角误差就会有多种不同的组合。由此 可以推广到关节式坐标测量机的整个测量空间，即任意一点的误差变化是具有一 定规律且连续的，故在整个测量空间内存在最大误差最小的立方体区域即最佳测 量区。

果蝇优化算法是一种基于果蝇觅食行为推演出寻求全局优化的新方法，由潘 文超教授于2011年提出。果蝇算法具有简单、参数少、计算量小、寻优精度高 等优点，广泛应用于军事、工程、医学、管理与财务等各种领域，但是目前还没 有学者将其应用于坐标测量领域。粒子群算法(PSO)属于进化算法的一种，和模 拟退火算法相似，它也是从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应 度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的交叉和变 异操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法以其实现容 易、精度高、收敛快等优点引起了学术界的重视，并且在解决实际问题中展示了 其优越性。

国内很多学者对提高关节式坐标测量机精度和最佳测量区问题进行了研究。 郑大腾等运用支持向量机理论得到以单点测量为目标的最佳测量区和以空间距 离测量为目标的最佳测量区模型，但是该方法实用性不强，且模型是以大量的实 测数据为基础建立的，其测量误差不包括圆编码器测角误差。秦自瑞采用仿真分 析的方法得出测量机上圆编码器误差导致的测量误差具有一定的抵偿性的结论， 并给出了测量误差较小时6个圆编码器的角度使用范围。但是由于测量机采用的 是手动测量方式，测量姿态具有随机性，因此该方法并不实用。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种求解关节式坐标测量机最佳 测量区的方法，上述方法能够求解出关节式坐标测量机的最佳测量区，在其最佳 测量区内作业，可以达到提高关节式坐标测量机精度的目的。

本发明是一种求解关节式坐标测量机最佳测量区的方法，所述关节式坐标测 量机为六自由度关节式坐标测量机，由3个测量臂、6个关节、6个圆编码器及 1个测头构成。各个关节转动的角度由安装在其上的圆编码器输出获得；

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

步骤一、利用D-H方法建立关节式坐标测量机的测量方程p,