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《天津大学》 2008年
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关节臂式坐标测量机系统研究

王学影  
【摘要】: 关节臂式坐标测量机是一种新型的多自由度非笛卡尔式坐标测量系统,具有体积小、重量轻、运动灵活、方便现场行测量、价格较便宜等优点,因此具有广泛的应用前景。本文在对国内外关节臂式坐标测量机发展现状和趋势全面分析的基础上,围绕该类系统的关键技术展开研究。 本论文研究的课题是国家自然科学基金资助项目,项目编号是50475116。论文的主要研究工作包括以下几个方面: 针对关节臂式坐标测量机系统的测量特点,设计了系统整体结构,确保了系统的可靠性。在DH参数法基础上,提出了准球坐标系统定义,建立了更为简化和适合标定的系统数学模型,研究了不同关节数量和空间配置对测量空间的影响,对各臂长比例进行了优化设计。 从机构运动学基本关系出发,分析了关节臂式坐标测量机测头误差的产生原因,建立了测头误差数学模型。根据误差理论,对关节臂式坐标测量机进行了不确定度分析,研究了零件允差与测量机测头位置误差之间的定量关系,设计了关节臂式坐标测量机零件允差优化模型。 提出了一整套标定关节臂式坐标测量机各系统参数的新方法,使得标定过程简单实用,参数分离容易实现。克服了以往标定方法的算法复杂,初值选取敏感,矩阵病态等问题。整个测量方法的关键是要求其它参数以及各个关节臂的转角误差对标定结果基本上没有影响,即其它参数的标定误差和各个关节臂的转角误差对于被标定参数的影响仅为二次误差。 依据具体数据采集功能需求,在测量机的关节处分别设置由角度传感器以及单片机组成的智能传感器单元,提出了一种内部基于RS485总线的分布式采集系统,实现了各个关节角的角度处理功能。对编码器正交信号的辨向、四细分、可逆计数采用CPLD实现,并与传统的分立元件实现方案进行了对比。给出了采集板控制软件的基本结构,讨论了PC端USB驱动程序开发基本思路。 最后完成了与关节臂式坐标测量机精度有关的实验。通过实验分析了各结构参数误差的变化对测头位置误差的影响。基于反转法标定技术,对Faro Platinum 2.4m关节臂式坐标测量机的臂长、偏置以及垂直度误差参数完成了标定实验,实验结果验证了标定方法的可行性和精确性。在搭建的系统实验平台上,用逻辑发生卡产生光栅信号验证了数据采集系统的正确性。 总之,本文以上工作为研制具有自主知识产权的关节臂式坐标测量机奠定了良好的基础。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TH721

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 高贯斌;关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D];浙江大学;2010年
2 程文涛;关节式坐标测量机标定技术研究[D];合肥工业大学;2011年
3 王志军;基于激光雷达测量原理的火箭推力线测量技术研究[D];长春理工大学;2011年
4 黄奎;多关节式坐标测量系统的关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张持健,陈建平,沈宏;虚拟仪器实验平台的汉化技术及实现[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2001年04期
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3 曾汉平;李登红;;潜水异步电机转速高准确度测量方法研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2008年03期
4 郭明,蒋新松;多关节机器人的误差模型与误差校正的方法[J];兵工自动化;1986年00期
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8 王少文;;基于VBA的Excel常用测量函数开发[J];北京测绘;2008年02期
9 高绍伟;;激光铅垂仪向上投点在地铁隧道工程中进行联系测量的实践[J];北京测绘;2008年02期
10 刘枝梅;邓文怡;娄小平;;结构光测量系统中光条中心的提取算法[J];北京机械工业学院学报;2009年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高贯斌;关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D];浙江大学;2010年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 奚思;于连栋;;关节式坐标测量机结构参数标定优化采样策略[J];电子科技;2012年08期
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【相似文献】
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1 王学影;刘书桂;王斌;张国雄;;关节臂式柔性三坐标测量系统的数学模型及误差分析[J];纳米技术与精密工程;2005年04期
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1 杨继庆;段新民;王斯刚;龙开平;巨宏博;;激光血管环形吻合仪的研制[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
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1 撒昱;医用脉冲固体激光器研究[D];天津大学;2010年
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1 郭辉;关节臂式柔性三坐标测量系统关键技术的研究[D];天津大学;2005年
2 王斌;关节臂式三坐标测量系统数学模型及标定技术的研究[D];天津大学;2007年
3 孙增玉;关节臂式坐标测量机标定技术的研究[D];天津大学;2008年
4 张煜堃;舱外航天服视野测试系统的研制[D];北京交通大学;2011年
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