[发明专利]一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法

说明书

本发明公开了一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法，涉及精密测量技术领域，将原来关节臂坐标测量机的23项误差模型扩展为59项的误差模型，大大增加了关节臂坐标测量机误差模型的结构参数数量，提升了关节臂坐标测量机的精度。本申请提供的一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法，在原有关节臂测量机误差模型的基础上加入轴系晃动误差项，建立关节臂坐标测量机多参数误差模型，实现关节臂坐标测量机的高精度标定。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，特别涉及一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法。

背景技术

关节臂坐标测量机是一种非正交坐标测量系统，通常用于生产车间等工业现场测量环境，操作方便、灵活，应用非常广泛。

关节臂坐标测量机是一种全新的技术密集、经济适用的三坐标测量设备，采用开链式全转动副结构、彻底摒弃了传统三坐标测量机的平台和导轨，使得产品重量和体积大幅度减小，产品价格大幅度降底，使用便捷性和对使用环境的要求大为改善，使三坐标测量走出实验室，进入车间和现场，关节臂坐标测量机是测量技术革命性的科技成果。

目前，测量精度的提升是关节臂坐标测量机的主要难题。普通关节臂坐标测量机采用三关节、六传感器的结构，操作灵活，但是这种设计也同样引入了大量的误差源，使得这种测量机的测量精度始终处于中等测量精度水平。

为了保证关节臂坐标测量机的测量精度，国内外学者进行了标定模型、采样策略、最佳测量、操作力的影响、弹性变形的影响、热误差等多方面的广泛研究。为了追求关节臂坐标测量机的便携性，其重量一般为几千克到十几千克，结构刚性往往不强，弹性变形及其衍生误差对仪器测量精度的影响较大，而这些误差的影响用标定算法很难得到有效补偿。例如：关节晃动误差，主要包括径向跳动、轴向窜动和回转精度误差，与轴承的关系紧密，会随旋转轴的旋转角度而变化。

关节臂坐标测量机在结构上类似于工业中常见的开链机器人或机械手。而表示机器人每个杆件在空间相对于绝对坐标系机器人的运动学方程，是关节式坐标测量机数学建模的基础。因此借助机器人研究中成熟运用的D-H方法可建立关节坐标测量机的测量方程。

现有的关节臂坐标测量机误差模型及标定中没有考虑轴系误差项的标定问题。使得由回转精度误差、轴向窜动误差、径向跳动误差组成的轴系晃动误差造成的仪器测量误差无法进行修正。

针对上述问题，本申请提供一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法，在原有关节臂测量机误差模型的基础上加入轴系晃动误差项，建立关节臂坐标测量机多参数误差模型，实现关节臂坐标测量机的高精度标定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法，在原有关节臂测量机误差模型的基础上加入轴系晃动误差项，建立关节臂坐标测量机多参数误差模型，实现关节臂坐标测量机的高精度标定。

本发明提供了一种关节臂坐标测量机多参数模型的建立及标定方法，包括如下步骤：

S1：进行轴系误差标定实验，测定轴系回转精度误差值、径向跳动误差值和轴向窜动误差值；

S2：根据误差分析建立轴系误差数学模型，进行误差曲线拟合，得到补偿后的轴系误差曲线函数，将轴系误差曲线函数f(x)展开为傅里叶级数为：

其中，k为关节序号，a₀、a、b、w为常数，由曲线数据计算得出，求得曲线函数后将其代入轴系误差数学模型中，计算补偿后仪器的测头坐标并评定仪器的测量精度是否提升；其中，拟合结果去中心化；

将测定得出的回转精度信号去偏心后代入式(1)求出主轴的回转精度，求取回转精度F_i(θ_i)的公式如下所示：