關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的研究

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1、北京化T人學(xué)碩l：學(xué)位論文有這樣才能夠適合不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)。因此，近年來隨著生產(chǎn)和科學(xué)的發(fā)展，有許多測量場合都凸現(xiàn)出傳統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)系三坐標(biāo)測量機(jī)即正交測量機(jī)的不足。正交式坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由三根固定的測量導(dǎo)軌組成其測量范圍，測量的時(shí)候要把被測工件擺在這個(gè)測量范圍內(nèi)。由于這樣形成的測量范圍相對(duì)固定，即X軸、y軸和Z軸的測量范圍有局限，在測量工件時(shí)X軸、】，軸和Z軸必須有與之相應(yīng)的行程。對(duì)于一些大型工程項(xiàng)目的測量，不可能將這些機(jī)器搬到正交坐標(biāo)測量機(jī)上進(jìn)行測量。另外正交三坐標(biāo)測量機(jī)的直線導(dǎo)軌和安裝在直線導(dǎo)軌上的指示長光柵制作復(fù)雜

2、、價(jià)格昂貴。于是一種基于非笛卡爾式坐標(biāo)測量的儀器應(yīng)運(yùn)而生。1986年，日本小坂研究所的小美漂武久等研制了關(guān)節(jié)式的坐標(biāo)測量機(jī)。關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)是將坐標(biāo)測量技術(shù)和仿生學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，模仿人類手臂的關(guān)節(jié)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)制作。關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的問世是對(duì)測量概念的又一次突破。關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)借助機(jī)器人學(xué)中的建模方法構(gòu)造出空間點(diǎn)在基座坐標(biāo)系中的位置，其顯著特點(diǎn)是通過測量角度而得到空I、日J(rèn)長度。與J下交坐標(biāo)測量機(jī)相比，其實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸承和指示回轉(zhuǎn)角度的圓光柵結(jié)構(gòu)形式都很小巧，而且價(jià)格較為便宜。在測量空間方面，關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)由于其鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)

3、，可以深入到一些正交式測量機(jī)不容易接觸到的位置，所以在理論上不受測量范圍限制，且方便安裝在任何平面上。近年來，國內(nèi)外有許多對(duì)于關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的研究。在國外，關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)雖然已成產(chǎn)品，但是由于不像正交坐標(biāo)測機(jī)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)、通訊和補(bǔ)償方面各公司有不同方法，因此能供參考的資料很少。在國內(nèi)，大部分研究還停留在高校的理論研究階段，近年來也有少量產(chǎn)品問世。1．3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在理論研究方面，總體分為兩個(gè)部分：一是測量機(jī)的建模，二是誤差分類和補(bǔ)償。對(duì)于關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的建模，正確的模型是對(duì)關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)研究的開始。由于關(guān)節(jié)式

4、坐標(biāo)測量機(jī)與鉸鏈?zhǔn)綑C(jī)器人結(jié)構(gòu)相似，所以對(duì)關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的模型，大多沿用了機(jī)器人的建模方法。Denavit和Hartenberg提出了在機(jī)器人學(xué)廣泛運(yùn)用的D．H方法，此方法用齊次變換矩陣表示測量機(jī)測頭在空間中位置【2】。在后來的研究中，針對(duì)不同的需要，對(duì)于D．H方法的表示方式和參數(shù)形式都進(jìn)一步完善【3～。建模完成后，各參數(shù)的理論值均與實(shí)際參數(shù)值有一定誤差，誤差分類和補(bǔ)償是關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的核心。在結(jié)構(gòu)與關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)類似的機(jī)器人的標(biāo)定方2第一章緒論面已有不同方面的研究。tArail提出用兩臺(tái)攝像機(jī)輔助自動(dòng)標(biāo)定機(jī)器人的方法”】，一

5、部分研究著重于討論溫度造成的誤差對(duì)模型標(biāo)定的影響[9-12】，將誤差分為幾何誤差和非幾何誤差兩類，主要針對(duì)非幾何誤差進(jìn)行討論Il”。雖然機(jī)器人標(biāo)定可以為關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)標(biāo)定提供一定的參考，但實(shí)際上由于機(jī)器人標(biāo)定重視的是重復(fù)性，而關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量則重視精度，所以兩者標(biāo)定有很大的差異。對(duì)于關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的標(biāo)定研究匿前還是比較少，前人的研究主要分為兩個(gè)部分。一部分是設(shè)計(jì)了輔助標(biāo)定的量具：KenShimojima等A發(fā)表了系列文章討論了關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量設(shè)備的標(biāo)定，設(shè)計(jì)了九球標(biāo)定量具I?5】；AntomaPH等人設(shè)計(jì)了嵌有孔的量具，并討論了測

6、頭測量方向產(chǎn)生的誤差【l”；SantolariaJ等人設(shè)計(jì)各方向綜合球棒輔助標(biāo)定【l”。第二部分是標(biāo)定方法的設(shè)計(jì)．其中最常用的是晟小二乘法【tsar]，其他優(yōu)化方法也有應(yīng)用，如混合遺傳算法f竭和改進(jìn)模擬退火算法田】。在產(chǎn)品方面，國外生產(chǎn)關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)起步較早，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。以下列舉三個(gè)不同廠家的坐標(biāo)測量機(jī)的機(jī)械外觀與精度指標(biāo)以做參考，分別為美國的CIMCORE公司、FARO公司、法國的ROMER公司生產(chǎn)關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)。髓》尋喜圈l-tROMERLNFINITE2．0(6軸)關(guān)節(jié)式測量機(jī)i№,Vl-IROMERINFINIT

7、E2．0(6-$oiat)ACMM圖1．I為CMICOILE公司的產(chǎn)品ROMERINFINITE2．0的六軸關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)，表l一1為其部分型號(hào)的測量范圍和精度指標(biāo)。表1-1ROMERINFINITE2,0(6軸)精度指標(biāo)Tabkl一1ROMERINFINITE2．叫6-joia0aco．wa。y北意化I大學(xué)《t學(xué)位論立巨1dSTINGERll2關(guān)節(jié)式測量機(jī)Fig．10STINGER112ACMM第一章緒論圉1．3為ROMER公司的產(chǎn)品STFNGERIl2關(guān)節(jié)式測量機(jī)，表1．3為其部分型號(hào)的測量范圍和精度指標(biāo)。表14STB、】G

8、ERⅡ2糟度指標(biāo)Tablel-3STⅡqGERB2accuracy2008年，由合肥工業(yè)大學(xué)和中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第6354研究所共同開發(fā)的ZGC-I型關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)問世。ZGC．1型關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)是六自由度的機(jī)械結(jié)構(gòu)。ZGC．1型關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)的