[发明专利]关节臂式坐标测量机中REVO测头位置姿态标定方法

摘要

本发明属于测试技术及仪器领域。为提供一种能够提高测量精度的关节臂式坐标测量机标定方法，本发明采取的技术方案是，关节臂式坐标测量机中REVO测头位置姿态标定方法，在测量机装置上进行：所述方法包括下列步骤：建立坐标系，x轴与REVO测头x向运动轴线平行，z轴与REVO测头z向运动轴线平行，y轴垂直于x轴和z轴；标定REVO测头的B轴与z向运动轴线的平行度：为了确定Revo测头的A轴相对于x向运动轴线在xoy坐标平面上的平行度误差，需要在已有垂直放置一个标准平面上垂直放置另一平面进行测量。本发明主要应用于测量。

主权项

一种关节臂式坐标测量机中REVO测头位置姿态标定方法，其特征是，标定是在如下装置上进行：装置由由关节臂、REVO测头、z向运动部件、x向运动部件、误差补偿系统及数据处理与控制计算机、电动机组成；关节臂采用比重小、弹性模量大的碳素纤维制作；关节臂的前端安装有REVO测头，关节臂套装在径向与轴向运动误差小、角摆运动误差小的精密轴系上，精密轴系末端安装有电机，电机带动精密轴系及关节臂做旋转运动，转过的角度由轴系上的精密测角系统测得。z向运动部件由z向滑板、导轨座组成，精密轴系的座固定在z向滑板上，z向滑板上的两个滑块与z向导轨座上的精密导轨构成直线运动导轨副，z向滑板和z向导轨座上分别装有光栅尺与读数头，利用光栅尺与读数头读出z向滑板相对于z向导轨座的移动量，在计算机控制下，电动机经过其减速箱和丝杠带动z向滑板移动到所需位置；x向运动部件由x向滑板构成，z向导轨座固定在x向滑板上，x向滑板上的滑块与机床基座上的精密导轨构成直线运动导轨副，x向滑板和基座上分别装有光栅尺与读数头，利用该光栅尺与读数头读出x向滑板相对于基座的移到量；在计算机控制下，第三个电动机经过其减速箱和丝杠带动x向滑板移动到所需位置；所述方法包括下列步骤：建立坐标系，x轴与REVO测头x向运动轴线平行，z轴与REVO测头z向运动轴线平行，y轴垂直于x轴和z轴；按如下步骤标定REVO测头的B轴与z向运动轴线的平行度：首先，让REVO测头绕B轴转动，测头测量水平放置的标准平面上的一条圆弧线，获得平面相对于B轴轴线的倾斜信息：在圆弧线上取有代表性的3点A、B、C，REVO测头示值对应坐标分别为(xA，yA，zA)、(xB，yB，zB)、(xC，yC，zC)，D点为线段BC的中点，D点坐标(xD，yD，zD)，设平面是理想的，没有误差，或已对其误差进行补偿，则平面相对于B轴轴线绕x轴的倾斜度θ1可表示为：θ1＝(zB‑zC)/(yB‑yC)                        (1)平面相对于B轴轴线绕y轴的倾斜度θ2可表示为：θ2＝(zA‑zD)/(xA‑xD)＝[zA‑(zB+zC)/2]/[xA‑(xB+xC)/2]        (2)然后，移动x向滑板，REVO测头测量标准平面上的一条直线EF，设E、F两点坐标值分别为(xE，yE，zE)、(xF，yF，zF)，则平面相对于x向运动轴线的倾斜度θ3可表示为：θ3＝(zE‑zF)/(xE‑xF)                            (3)式(2)和式(3)分别为平面相对于B轴轴线和x向运动轴线的倾斜度，则B轴轴线相对于x向运动轴线的垂直度误差ε1可表示为：ε1＝θ3‑θ2＝(zE‑zF)/(xE‑xF)‑[zA‑(zB+zC)/2]/[xA‑(xB+xC)/2]    (4)z向运动轴线相对于x向运动轴线的垂直度误差可认为是理想的，或事先已经标定过的，其垂直度误差为ε2，从而可以得到B轴轴线相对于z向运动在xoz坐标平面上的平行度误差μ1：μ1＝ε1‑ε2＝(zE‑zF)/(xE‑xF)‑[zA‑(zB+zC)/2]/[xA‑(xB+xC)/2]‑ε2    (5)在已有水平放置的标准平面上再垂直放置一个标准平面，进行z向运动的测量，根据在z向走过单位距离时REVO测头在y方向上的示值变化，可以确定平面相对于z向运动轴线的倾斜度θ4，从而算出B轴轴线相对于z向运动轴线在yoz坐标平面上的平行度误差μ2：μ2＝θ4‑θ1＝θ4‑(zB‑zC)/(yB‑yC)                    (6)REVO测头的A轴与x向运动轴线的平行度的标定：让测头绕A轴转动，测量垂直放置一个标准平面上一圆弧线，在圆弧线上取三点A’、B’、C’，其坐标分别为(xA’，yA’，zA’)、(xB’，yB’，zB’)、(xC’，yC’，zC’)，D’点为线段B’C’的中点，D’点坐标(xD’，yD’，zD’)，则平面相对于REVO测头A轴轴线绕z轴的倾斜度η1表示为：η1＝(xB‘‑xC’)/(yB‘‑yC’)                            (7)平面相对于REVO测头A轴轴线绕y轴的倾斜度η2表示为：η2＝(xA‘‑xD’)/(zA‘‑zD’)＝[xA‘‑(xB‘+xC’)/2]/[zA‘‑(zB‘+zC’)/2]    (8)然后，移动z向滑板，REVO测头测量平面上一直线E’F’，E’、F’两点坐标分别为(xE’，yE’，zE’)、(xF’，yF’，zF’)，则平面相对于z向运动轴线的倾斜度η3表示为：η3＝(xE‘‑xF’)/(zE‘‑zF’)                            (9)则REVO测头A轴相对于z向运动的垂直度误差ε3表示为：ε3＝η3‑η2＝(xE‘‑xF’)/(zE‘‑zF’)‑[xA‘‑(xB‘+xC’)/2]/[zA‘‑(zB‘+zC’)/2]    (10)从而可以得到A轴轴线相对于x向运动轴线在xoz坐标平面上的平行度误差μ3表示为：μ3＝ε3‑ε2＝(xE‘‑xF’)/(zE‘‑zF’)‑[xA‘‑(xB‘+xC’)/2]/[zA‘‑(zB‘+zC’)/2]‑ε2(11)为了确定Revo测头的A轴相对于x向运动轴线在xoy坐标平面上的平行度误差，需要在已有垂直放置一个标准平面上垂直放置另一平面，移动x向滑板运动，REVO测头测量另一平面在y方向的偏差，根据在x向走过单位距离时REVO测头的示值变化，确定已有垂直放置一个标准平面相对于x向运动轴线的倾斜度η4，从而算出REVO测头的A轴相对于x向运动在xoy坐标平面上的平行度误差μ4μ4＝η4‑η1＝η4‑(xB ‘‑xC’)/(yB ‘‑yC’)            (12)