專利名稱：平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平行雙關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度的標(biāo)定技術(shù)，利用參數(shù)測定法和 反轉(zhuǎn)法等方法的基本思想，設(shè)計(jì)了平行雙關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度的標(biāo)定方案。屬于 測試技術(shù)及儀器領(lǐng)域。具體講涉及平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)屬于一種非正交坐標(biāo)測量設(shè)備。非正交坐標(biāo)測量系統(tǒng)較正 交坐標(biāo)測量系統(tǒng)具有造價(jià)低、運(yùn)動靈活、測量空間開闊、適合現(xiàn)場測量等優(yōu)點(diǎn)，近年來獲得 了迅速的發(fā)展。本文所述的基于非正交坐標(biāo)測量系統(tǒng)的平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)如圖1所 示，主要由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)直線關(guān)節(jié)組成，大連接板連接旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)I和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)II，小 連接板連接旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)II和直線關(guān)節(jié)，直線關(guān)節(jié)底部安裝了一個(gè)觸發(fā)測頭，用于采集讀數(shù)。
提高測量機(jī)的測量精度一直是坐標(biāo)測量機(jī)技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要課題。完全通過 提高制作精度、嚴(yán)格控制環(huán)境與使用條件來達(dá)到較高測量精度是很困難的，即使技術(shù)上可 能，在經(jīng)濟(jì)上也要付出高昂的代價(jià)。因此，誤差分析和標(biāo)定技術(shù)在坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)中得到了 廣泛的應(yīng)用。但是，非正交坐標(biāo)測量系統(tǒng)的精度低于正交坐標(biāo)測量系統(tǒng)，坐標(biāo)換算關(guān)系較復(fù) 雜。因此，非正交坐標(biāo)測量機(jī)的誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)對提高系統(tǒng)測量精度至關(guān)重要。
實(shí)際上，進(jìn)行誤差修正后坐標(biāo)測量機(jī)的測量精度依然無法達(dá)到預(yù)期精度。無論是 測量模型還是實(shí)際誤差檢測過程中都必然存在誤差，因此運(yùn)動學(xué)參數(shù)標(biāo)定必不可少。
儀器的各個(gè)誤差源在歸納為六個(gè)自由度方向的誤差時(shí)，各個(gè)誤差源之間有耦合， 將各個(gè)耦合的誤差通過各種檢測方法和措施分離開的過程，即是誤差的標(biāo)定過程。將各個(gè) 誤差源標(biāo)定出來之后，即可帶入誤差補(bǔ)償模型中，對儀器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償。誤差修正與儀 器標(biāo)定的關(guān)系為誤差修正是根據(jù)數(shù)學(xué)模型，找到儀器誤差項(xiàng)，通過不斷地修正誤差使各個(gè) 誤差項(xiàng)的誤差值盡量減小，達(dá)到儀器測頭理論位置與實(shí)際位置統(tǒng)一的目的；標(biāo)定技術(shù)是利 用測量機(jī)首先測量標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)誤差源與坐標(biāo)測量機(jī)誤差之間的固有函數(shù)規(guī)律，應(yīng)用最小 二乘等方法，辨識出各誤差源大小，最后通過采用附加算法來補(bǔ)償坐標(biāo)測量機(jī)的誤差。
在平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)中，測頭坐標(biāo)是根據(jù)測量機(jī)各關(guān)節(jié)處的傳感器的轉(zhuǎn)角或 位移示值結(jié)合各個(gè)桿的長度，利用測量公式計(jì)算得出的。因此，精確的標(biāo)定測量機(jī)中各段的 實(shí)際有效長度是一個(gè)基本的問題。
傳統(tǒng)的做法是測量機(jī)測量一定數(shù)量的參數(shù)已知的標(biāo)準(zhǔn)樣件，結(jié)合各個(gè)關(guān)節(jié)的參數(shù) 及其誤差，用建立的帶誤差的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出最小二乘法的正規(guī)方程來求得各個(gè)桿長，但 是這個(gè)方法弓I入的誤差項(xiàng)較多，標(biāo)定的精度較低。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)對平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)的連接桿長度的有效標(biāo) 定，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度標(biāo)定方法，包括如下步 驟
使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸固 定，測得小連接桿長度；
使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸固定，使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn) 動，小連接桿的長度作為已知量，同時(shí)大連接桿和小連接桿在同一條直線上，測得大連接桿 和小連接桿長度和，即得大連接桿長度。
所述測得小連接桿長度步驟進(jìn)一步細(xì)化為
(1)固定兩個(gè)測長儀，使之在一條直線上，不共線的角度小于0.5度；
(2)使用標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)定出兩個(gè)測長儀之間的直線距離，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)棒的長度為L，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn) 棒與兩個(gè)測長儀接觸時(shí)，兩個(gè)測長儀的讀數(shù)分別為Aal和Abl;
(3)使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸固定；
(4)使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，小連接桿上觸發(fā)測頭旋轉(zhuǎn)至 B位置；
(5) 一個(gè)測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同 步觸發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為Δ132;
(6)將小連接桿旋轉(zhuǎn)180度，到A位置；
(7)另一測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同 步觸發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為
(8)通過公式..—· ^卜丄“，…=，即可以求出小連接桿的長度數(shù) 據(jù)。
所述測得大連接桿長度步驟進(jìn)一步細(xì)化為
(1)固定兩個(gè)測長儀，使之在一條直線上，不共線的角度小于0.5度；
(2)使用標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)定出兩個(gè)測長儀之間的直線距離，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)棒的長度為L，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn) 棒與兩個(gè)測長儀接觸時(shí)，測長儀A和測長儀B的讀數(shù)分別為Aal和Abl;
(3)固定大、小連接桿之間的關(guān)節(jié)，使之不能轉(zhuǎn)動，同時(shí)通過該關(guān)節(jié)上的角度傳感 器，保證大連接桿與小連接桿在同一條直線上，同時(shí)記錄不共直線的角度誤差為Δ θ ；
(4)平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)關(guān)節(jié)臂的觸發(fā)測頭旋轉(zhuǎn)至B位置；
(5)測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步觸 發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為Δ132;
(6)將關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)180度，到A位置；
(7)另一測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同 步觸發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為
(8)通過公式5: —Λ:即可以求出大連接桿al的長度數(shù) 據(jù)。
本發(fā)明具有如下技術(shù)效果
1、采用測長儀裝置，因而本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)標(biāo)定方法標(biāo)定的精度較低的缺點(diǎn)；
2、分別固定相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸，標(biāo)定平行度過程中，隔離了其他系統(tǒng)誤差對標(biāo)定的影 響；
3、可以對平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿的長度誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

圖1為平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖中，1-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)Zl，2-大連接板al，3-旋 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)Z2，4-小連接板a2，5-直線關(guān)節(jié)^3，6-手臂，7-觸發(fā)測頭。
圖2為標(biāo)定原理示意圖。
圖3標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)定兩個(gè)測長儀之間的距離。
圖4標(biāo)定連接桿a2的長度。
圖5標(biāo)定連接桿al+a2的長度。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的目的在于提供一套用于標(biāo)定平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)的連接桿長度技術(shù)， 提高對平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)的連接桿長度的標(biāo)定精度。
為了解決誤差問題，本發(fā)明提出了一套用于標(biāo)定平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)的連接桿 長度的實(shí)驗(yàn)方法，將某些桿固定，逐級的分別標(biāo)定待定參數(shù)。對儀器的系統(tǒng)誤差參數(shù)進(jìn)行有 效的標(biāo)定。
在平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿的長度標(biāo)定有個(gè)倆個(gè)方面
1.連接旋轉(zhuǎn)軸\與直線關(guān)節(jié)&的小連接桿 的長度標(biāo)定。
2.連接旋轉(zhuǎn)軸\與\的大連接桿 的長度標(biāo)定。
本發(fā)明提出了一種通過實(shí)驗(yàn)的方法標(biāo)定平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)兩個(gè)連接桿長度 的技術(shù)。
連接桿 長度標(biāo)定的基本原理如圖4所示，將\軸的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定。至止，可以 運(yùn)動的部分只有4軸的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。桿％和直線關(guān)節(jié)一起繞&旋轉(zhuǎn)士90°，使O3轉(zhuǎn)到O32 或O31點(diǎn)，則有V‘ , ·
—^―^
連接桿 長度標(biāo)定的基本原理如圖4所示，標(biāo)定連接桿長度 時(shí)，要將連接桿 作為已知量，同時(shí)，連接桿％要位于儀器坐標(biāo)的零位，即連接桿％和連接桿％在同一條直 線上(首先要標(biāo)定出零位誤差)，固定&軸的旋轉(zhuǎn)和直線關(guān)節(jié)的運(yùn)動。測量出4+ 的值， 即可求得連接桿 的值。
由上例概括為
(1)將一個(gè)τγ軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和直線關(guān)節(jié)固定，使可以運(yùn)動的部分只有軸的旋轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)，桿％與直線關(guān)節(jié)一起繞旋轉(zhuǎn)士90°測出桿％長度的兩倍，來標(biāo)定出桿％的長度；
(2)利用已標(biāo)定出的桿 的長度，同時(shí)使桿 和 在同一條直線上，固定&軸旋 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和直線關(guān)節(jié)，測量出4+ 的值，即可標(biāo)定出桿％的長度。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
將圖1所示的結(jié)構(gòu)圖簡化成圖2，其中，&表示第一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)軸線，&表示 第二個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)軸線，Z3表示直線關(guān)節(jié)的運(yùn)動直線，D表示觸發(fā)測頭。al和a2分別表 示大連接桿和小連接桿的長度。
平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接旋轉(zhuǎn)軸與直線關(guān)節(jié)的小連接桿％的長度標(biāo)定步5驟
(1)固定兩個(gè)測長儀，使之在一條直線上，不共線的角度小于0.5度。
(2)使用標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)定出兩個(gè)測長儀之間的直線距離，如圖3所示，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)棒的長度 為L，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)棒與兩個(gè)測長儀接觸時(shí)，測長儀A和測長儀B的讀數(shù)分別為Aal和Abl。
(3)固定Zl關(guān)節(jié)，使之不能轉(zhuǎn)動。
(4)平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)關(guān)節(jié)臂的觸發(fā)測頭旋轉(zhuǎn)至B位置；
(5)測長儀B與關(guān)節(jié)臂上的觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步 觸發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為Δ132;
(6)將關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)180度，到A位置；
(7)測長儀A與關(guān)節(jié)臂上的觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步 觸發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為
(8)通過公式
權(quán)利要求
1.一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度標(biāo)定方法，其特征是，包括如下步驟使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸固定，測 得小連接桿長度；使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸固定，使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，小 連接桿的長度作為已知量，同時(shí)大連接桿和小連接桿在同一條直線上，測得大連接桿和小 連接桿長度和，即得大連接桿長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度標(biāo)定方法，其特征 是，所述測得小連接桿長度步驟進(jìn)一步細(xì)化為(1)固定兩個(gè)測長儀，使之在一條直線上，不共線的角度小于0.5度；(2)使用標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)定出兩個(gè)測長儀之間的直線距離，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)棒的長度為L，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)棒與 兩個(gè)測長儀接觸時(shí)，兩個(gè)測長儀的讀數(shù)分別為Aal和Abl;(3)使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸固定；(4)使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，小連接桿上觸發(fā)測頭旋轉(zhuǎn)至B位置；(5)一個(gè)測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步觸 發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為Δ132;(6)將小連接桿旋轉(zhuǎn)180度，到A位置；(7)另一測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步觸 發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為(8)通過公式=即可以求出小連接桿的長度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度標(biāo)定方法，其特征 是，所述測得大連接桿長度步驟進(jìn)一步細(xì)化為(1)固定兩個(gè)測長儀，使之在一條直線上，不共線的角度小于0.5度；(2)使用標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)定出兩個(gè)測長儀之間的直線距離，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)棒的長度為L，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)棒與 兩個(gè)測長儀接觸時(shí)，測長儀A和測長儀B的讀數(shù)分別為Aal和Abl;(3)固定大、小連接桿之間的關(guān)節(jié)，使之不能轉(zhuǎn)動，同時(shí)通過該關(guān)節(jié)上的角度傳感器，保 證大連接桿與小連接桿在同一條直線上，同時(shí)記錄不共直線的角度誤差為Δ θ ；(4)平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)關(guān)節(jié)臂的觸發(fā)測頭旋轉(zhuǎn)至B位置；(5)測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步觸發(fā)讀 取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為Δ132;(6)將關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)180度，到A位置；(7)另一測長儀與小連接桿上觸發(fā)測頭接觸，使觸發(fā)測頭產(chǎn)生觸發(fā)信號，該信號同步觸 發(fā)讀取測長儀的數(shù)據(jù)，記下讀數(shù)值，設(shè)為(8)通過公式κ-久即可以求出大連接桿al的長度數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及平行雙關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)連接桿長度的標(biāo)定技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)對平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)的連接桿長度的有效標(biāo)定，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸固定，測得小連接桿長度；使大連接桿與小連接桿間的旋轉(zhuǎn)軸固定，使大連接桿另一端的旋轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，小連接桿的長度作為已知量，同時(shí)大連接桿和小連接桿在同一條直線上，測得大連接桿和小連接桿長度和，即得大連接桿長度。本發(fā)明主要應(yīng)用于連接桿長度的標(biāo)定。
文檔編號G01B21/02GK102042819SQ201010570648
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者張國雄, 李杏華, 裘祖榮, 郭敬濱 申請人:天津大學(xué)