多关节坐标测量机标定技术研究

【摘要】：多关节坐标测量机具有体积小、测量空间大、便携性等优点,在现代工业领域中的应用日益广泛。本文总结了测量机的机械结构设计和数据采集系统,并详细研究了实验样机的标定算法。 首先在传统D-H模型的基础上,建立了更直观且易于计算的新坐标系统模型,并利用图解法来验证模型在几种特殊位姿下的准确性。然后分析了测量机系统的误差来源,主要包括机械加工装配过程中的长度类误差、角度误差和编码器的零位偏差,并且建立误差模型对零位偏差和结构参数误差进行校正。 在分析对比各种标定方法的优缺点后,从单点重复性精度和两点间距离精度两方面考虑,本文提出了单点多姿态-基于两点距离法对测量样机进行标定。标定过程中使用了最新设计的九锥孔标定块,对测量空间内的五个不同位置进行数据采集,利用高斯-牛顿法初步求出系统的各项参数误差,对模型进行修正。 通过分析修正结果,可知标定后的测量精度较标定前有了很大的提高,同时得出结论:角度类误差比长度类误差对精度的影响更大。然后利用优选的数据通过遗传算法对修正后的模型进行优化。 最后,使用高精度的陶瓷球对标定结果进行检测,误差在1mm左右,虽然本样机的精度与国外先进水平相比还有很大的差距,但是已经可以达到本样机的阶段性预期目标,并分析了误差来源。