關(guān)節(jié)臂式坐標測量機自標定方法與誤差補償研究.pdf

1、關(guān)節(jié)臂式坐標測量機是一種多自由度、非笛卡爾系坐標測量設(shè)備，具有體積小、重量輕、運動靈活、方便工業(yè)現(xiàn)場測量等特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。本學(xué)位論文結(jié)合杭州市科技計劃項目“基于嵌入式系統(tǒng)的柔性臂測量機系統(tǒng)研制”，采用理論分析、計算機仿真和實驗研究相結(jié)合的方法，系統(tǒng)、深入地開展了關(guān)節(jié)臂式坐標測量機理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)的研究，研制出六自由度關(guān)節(jié)臂式坐標測量機樣機，并開發(fā)了標定和誤差補償系統(tǒng)。
　　 論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　 第

2、一章，闡述本學(xué)位論文的研究背景與意義，詳細論述關(guān)節(jié)臂式坐標測量機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，提出論文的主要研究內(nèi)容。
　　 第二章，建立關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的運動學(xué)模型，通過數(shù)值計算和圖形仿真相結(jié)合的方法進行運動學(xué)分析。對關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的誤差來源進行了全面的分析，建立誤差模型，并繪制關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)角、關(guān)節(jié)長度、桿長和測頭偏置等參量的關(guān)節(jié)空間誤差分布圖，通過誤差分布圖分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和

3、測量位姿對測量機精度的影響規(guī)律，為關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選型及測量區(qū)域選擇提供理論依據(jù)。
　　 第三章，在第二章理論研究的基礎(chǔ)上，進行關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對測量機的測量空間進行仿真分析，得到測量空間的形狀和大小。運用有限元軟件ANSYS分析薄弱環(huán)節(jié)零件的強度及整機在重力和測量力作用下的變形情況。建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件平臺，實現(xiàn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、觸發(fā)按鈕等信號的實時采集。研究常用幾何元素的擬合及誤差評定方法

4、，開發(fā)基于Open Cascade CAD平臺和多線程技術(shù)的坐標測量軟件，用于關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的測量和掃描操作。
　　 第四章，研究徑向圓光柵角度傳感器的組成和工作原理，并分析安裝偏心和傾斜對其測量精度的影響規(guī)律。分別利用精密三坐標測量機和光電自準直儀對角度傳感器的測量誤差進行標定，研究測量誤差的分布規(guī)律，提出兩種不同形式的誤差補償方法：第一種方法采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對角度測量誤差進行預(yù)測和補償；第二種方法根據(jù)角度測量誤差信號的

5、頻譜分析結(jié)果，推導(dǎo)出一種基于正弦函數(shù)的誤差補償模型，并采用自適應(yīng)粒子群算法對誤差補償模型的參數(shù)進行辨識，以克服最小二乘法等傳統(tǒng)算法在辨識過程中無法收斂的問題。
　　 第五章，為解決關(guān)節(jié)臂式坐標測量機現(xiàn)場標定的難題，提出一種基于改進模擬退火算法的自標定方法。為彌補模擬退火算法遺失中間最優(yōu)解的缺陷，并提高算法搜索效率和最終解質(zhì)量，提出一種改進模擬退火算法，在算法搜索過程中保留中間最優(yōu)解，并及時更新，當(dāng)算法接近最優(yōu)解時自動減小搜索范圍

6、。研究關(guān)節(jié)臂式坐標測量機自標定的原理及其實現(xiàn)方法，利用一個簡單的錐形孔采集單點數(shù)據(jù)，根據(jù)單點數(shù)據(jù)建立以關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)為未知量的超定方程組，并用改進模擬退火算法求超定方程組的最優(yōu)解，從而實現(xiàn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)的自動標定。
　　 第六章，對研制的關(guān)節(jié)臂式坐標測量機進行自標定及誤差補償實驗研究，實驗結(jié)果顯示經(jīng)過誤差補償后，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角誤差均控制在0.002°以內(nèi)。經(jīng)過自標定之后，關(guān)節(jié)臂式坐標測量機的長度測量精度達到+O.06mm，單點重復(fù)測量精