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《合肥工业大学》 2011年
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关节式坐标测量机标定技术研究

程文涛  
【摘要】:关节式坐标测量机作为一种便携式坐标测量系统,有广阔的应用前景,其机械结构上的特点使其具有测量范围大、使用灵活轻便等优点,但由于其测量精度难以提高而限制了其实用性,而标定技术正是其保证其精度的关键技术之一。本论文研究内容围绕关节式坐标测量机的标定问题而展开,主要研究内容及创新点如下: 1)从理论和实用性两方面对现有的标定方法进行了分析和对比,为标定方法的选择提供了一个依据。首先,在总结标定过程的基础上对其进行模拟实验分析,分析了采样数据样本数大小及角度测量精度对标定效果的影响,得到测量精度与各关节角度测量精度之间的关系。其次,对参数标定时所采用的标准量进行了简单分类,指出了一些标准量的优缺点和适应性,着重分析了量块及锥孔标准棒自身的误差性质,并对体约束标准件进行了结构设计及误差分析。最后,对目前常用的标定关节式坐标测量机算法进行了研究与分析,指出了遗传算法,模拟退火算法及非线性最小二乘法的优缺点及其适应性,并通过实验对比了这三种算法在求解关节式坐标测量机结构参数时的表现。从实验来看,以LM算法为代表的非线性最小二乘法比较适用。 2)测量模型是参数标定的基础,本文使用D-H方法对关节式坐标测量机的运动学建模,给出了关节式坐标测量机的测量模型。本文还对运动学建模过程进行了讨论,包括测量机在不同位姿及不同结构形式下的建模;对测头部分参数进行研究,提出非冗余参数模型;在此基础上对测量机的参数误差进行了仔细分析;为了适应便携式坐标测量需求,对关节式坐标测量机更换测头后测头参数校准进行研究给出了其理论依据并编制了测头参数校准程序。 3)本文提出了使用锥孔标准杆作为标定标准件的标定方法,该方法具有精度高适应性强的优点。对常见的6自由度关节式坐标测量机进行了标定,在标定之前进行了一些准备工作,包括标定的软件系统的编制及对各关节的角度误差进行了检定和修正。首先使用锥孔标准杆对其进行了标定,分析了标准杆长度误差及采样覆盖率对标定结果的影响。接着使用激光跟踪仪对设计的体约束标准件进行本体定标,体约束标准件是一种比较理想的标定标准件,在解决其自身定标问题后能够极大地提高标定效率。 4)本文还对七轴关节式坐标测量机进行了建模和标定。采用D-H方法对其进行运动学建模后,通过模拟的方法发现了直接对七轴关节式坐标测量机时不能识别某些参数的特殊问题,提出了一种标定方法。实测数据表明,本文的标定方法能有效解决七轴关节式坐标测量机标定中的问题,保证了精度。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH721

【引证文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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