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《华中科技大学》 2005年
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关节式坐标测量机机械结构和测量误差研究

黄志东  
【摘要】:关节式坐标测量机是一种新型非笛卡尔坐标测量机,可以广泛用于反求工程、工业现场测量等领域。相对于传统的坐标测量机,它具有重量轻,体积小,便于携带和测量灵活性好等优点。但是另一方面由于杆长对角度误差的放大作用和各个关节臂的位置误差的叠加作用,使得关节式坐标测量机的测量精度相对传统坐标测量机较低。所以提高仪器测量精度,是关节式坐标测量机的关键性技术问题。本文围绕提高仪器测量精度这个关键问题,进行了以下几个方面的研究。 在仪器的机械结构设计上采取了以下办法减小测量误差:采用碳石墨纤维作为制造测量机杆件的材料,以降低温度变换对测量精度的影响; 在各个关节处成对使用角接触轴承,并施加一定的预紧力,以增加关节旋转轴线的刚性,尽量减小因关节晃动引起的测量误差。 在确定仪器各关节的坐标系统后,利用空间齐次变换的原理,建立了不考虑关节晃动情况下的测量运动方程,并导出了系统结构参数误差方程。在测量误差方程的基础上,给出了三种对系统结构参数进行标定的方法,在比较了三种方法的优缺点后,提出了将它们结合起来使用,以便实现三种方法的优势互补的思想。 为了使仪器达到更高的测量精度,本文提出了应对关节轴晃动所致测量误差进行定量分析和研究的新思想。在上面测量运动方程的基础上,通过加入能描述关节旋转轴线的偏转晃动的空间齐次变换矩阵,建立了关节晃动所致测量误差的数学方程,之后提出了一种“化整为零”的思路用以求解最大关节晃动误差,并针对实际设计的仪器求出了最大测量误差的计算结果。
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