激光跟踪仪多站测量的精度提升方法研究
发布时间：2021-01-24 04:31
五轴机床作为国之重器,在工业生产以及国防军事中占有重要地位。加工精度很好的体现了机床的性能,提高数控机床的加工精度是提升国家工业实力的象征。激光跟踪仪作为大型测量场的检测工具,具有高精度、高性能、高保证、高稳定性的优良性质,也是检测机床误差的一个重要技术工具,如何利用激光跟踪仪快速高效地检测出机床的精度误差是目前急需解决的一个问题。本文以五轴机床和激光跟踪仪为目标研究对象,以提高测量精度为目标。对在激光跟踪仪采用多站位方式测量的时候如何提高测量精度做了相关的研究,其中主要研究内容如下:（1）首先开展对机床空间误差的研究,定义了机床空间误差的表示方法,通过分析机床的拓扑结构,总结出机床各项误差的来源以及各项误差的表示方法。采用多体理论以及刚体转换理论,代入实际加工误差,对实际和理论加工中的机床模型建立了空间误差的数学模型表达式。同时对测量仪器激光跟踪仪进行了相关研究,建立了转站数学模型并且对转站误差进行了分析。（2）建立多站式测量组网模型,分析多站测量模型的站位数量与测量点数量之间的相互关系,总结出最适合测量的站位数量。摒弃激光跟踪仪的角度数据,利用高精度测距数据,代入站位和测量点坐标求...
【文章来源】： 沈睿 电子科技大学
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要的高精度测量仪器
电子科技大学硕士学位论文41.2.2激光跟踪仪多站与单站测量研究现状因为激光跟踪仪具有精度高和测量效率高等优点，使得其在工业精密测量领域的地位也越来越高，外部采集的主要数据是仪器的两个角度编码器和距离信息，通过对这三个测量信息的分析得到目标结果。目前激光跟踪仪的最大量程可以实现半径160m范围内的测量，以莱卡激光跟踪仪的AT402型号为例，可以将精度控制在±15μm＋6μm/ｍ范围之内；世界三大主要激光跟踪仪如图1-2所示，对于多目标、复杂性较大的跟踪数据采集，必然会涉及到多台仪器的同步使用和数据分析算法，目前国内外学者们设计了一系列实验方法对精度结果进行评定，主要的方法有多站法、单站法两大类。图1-2三大主要激光跟踪仪。a.莱卡；b.法如；c.API美国亚特兰大大学的HanqiZhuang等学者完成了基于干涉原理的激光跟踪测量系统的建立。日本学者O.Nakamura应用跟踪仪多站位测量法对工业机器人进行应用，并对其系统进行了全面的研究，取得了一定的成果[20]。实验验证在其搭建的环境中点坐标测量精度的标准差可以控制在达到1μm，符合大部分实验环境[21]。S.Aguado[22]等学者分析了影响激光跟踪仪测量精度的因素，利用激光跟踪仪建立了多站式测量组网[23]，分析了激光跟踪仪测量角度编码器和测距的定位问题，将最小二乘法用于仪器的自校准，提出了基于三边法则的自校准技术，对仪器校准和测量有很好的指导作用[24]。国防科学技术大学的万稳利用SA测量软件研究了影响测量垂直度时候的不确定度的因素，用蒙特卡洛方法分析了同轴度测量不确定度的影响因素[25]。Predmore等学者在2010年将公共点的测量不确定度描述成误差椭球模型，通过对测量数据进行分析处理来限制最优的马氏距离，以此为目标函数，通过对激光跟?
电子科技大学硕士学位论文10图2-1激光跟踪仪组成配件。1.跟踪头；2.ActiveTarget；3.电缆线；4.控制箱；5.温度传感器；6.靶镜(SMR)2.1.2激光跟踪仪IFM测量方法激光跟踪仪在正常工作时发射红色氦氖激光束，在碰到靶球后原路返回跟踪头。仪器上的高精度编码器会记录水平角旋转角（AZ）和垂直俯仰角（EL），干涉光线会计算并记录目标点的绝对距离，以此来决定靶球中心点的球坐标，坐标数据通过网络电缆实时传输到电脑配套软件上。在相对测量方式中，激光束的干涉测量会被实际物体挡住光路传播从而中断测量，也就是“挡光”问题。为了便于激光跟踪仪校正，API已经把靶球的鸟巢距离补偿到自己的测量软件中，实际操作中已经不需要通过计算每一次“回巢”的干涉距离便能直接读出目标点的测距数值。找寻测量点搜寻结束角度数据采集目标搜寻确定角度偏移否是否对准距离数据采集坐标计算角度数据修正是重新对准目标是否在误差之内是否数据测量版块修正反馈版块图2-2激光跟踪仪IFM测量原理图
【参考文献】：
期刊论文
[1]5轴数控机床空间误差模型及辨识方法研究[J]. 左维,李巍. 组合机床与自动化加工技术. 2019(02)
[2]大尺寸测量场转站的参数勘定方法[J]. 常晏宁,王皓,孔令雨,唐楚禹. 机械设计与研究. 2018(03)
[3]五轴数控机床精度建模与预测研究[J]. 孙中芹. 中国战略新兴产业. 2018(08)
[4]一种提高激光跟踪仪转站准确度的方法[J]. 房鹤飞,高瑞翔,徐强胜. 上海计量测试. 2017(02)
[5]多变量整体最小二乘在激光跟踪仪转站中的应用[J]. 万鹏,楼立志,张帅. 测绘与空间地理信息. 2016(12)
[6]激光跟踪仪三维坐标转换综合优化方法[J]. 黄鹏,王青,李江雄,俞慈君,柯映林. 计算机集成制造系统. 2015(11)
[7]加权整体最小二乘在激光跟踪仪转站中的应用[J]. 李丽娟,赵延辉,林雪竹. 光学精密工程. 2015(09)
[8]大尺寸空间测量中转站误差分析与估计[J]. 金涨军,李江雄,俞慈君,柯映林. 浙江大学学报(工学版). 2015(04)
[9]基于激光跟踪仪的五轴机床旋转轴误差测量[J]. 殷建,李明. 中国激光. 2015(04)
[10]基于激光多边法的坐标测量系统自标定研究[J]. 胡进忠,余晓芬,刘媛媛. 电子测量与仪器学报. 2014(02)
博士论文
[1]激光跟踪仪高精度坐标测量技术研究与实现[D]. 范百兴.解放军信息工程大学 2013
硕士论文
[1]大尺度激光跟踪测量关键技术研究[D]. 万稳.国防科学技术大学 2012
[2]三坐标测量技术在汽车制造业的应用[D]. 李洪全.天津大学 2004
本文编号：2996577
【文章来源】： 沈睿 电子科技大学
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要的高精度测量仪器
电子科技大学硕士学位论文41.2.2激光跟踪仪多站与单站测量研究现状因为激光跟踪仪具有精度高和测量效率高等优点，使得其在工业精密测量领域的地位也越来越高，外部采集的主要数据是仪器的两个角度编码器和距离信息，通过对这三个测量信息的分析得到目标结果。目前激光跟踪仪的最大量程可以实现半径160m范围内的测量，以莱卡激光跟踪仪的AT402型号为例，可以将精度控制在±15μm＋6μm/ｍ范围之内；世界三大主要激光跟踪仪如图1-2所示，对于多目标、复杂性较大的跟踪数据采集，必然会涉及到多台仪器的同步使用和数据分析算法，目前国内外学者们设计了一系列实验方法对精度结果进行评定，主要的方法有多站法、单站法两大类。图1-2三大主要激光跟踪仪。a.莱卡；b.法如；c.API美国亚特兰大大学的HanqiZhuang等学者完成了基于干涉原理的激光跟踪测量系统的建立。日本学者O.Nakamura应用跟踪仪多站位测量法对工业机器人进行应用，并对其系统进行了全面的研究，取得了一定的成果[20]。实验验证在其搭建的环境中点坐标测量精度的标准差可以控制在达到1μm，符合大部分实验环境[21]。S.Aguado[22]等学者分析了影响激光跟踪仪测量精度的因素，利用激光跟踪仪建立了多站式测量组网[23]，分析了激光跟踪仪测量角度编码器和测距的定位问题，将最小二乘法用于仪器的自校准，提出了基于三边法则的自校准技术，对仪器校准和测量有很好的指导作用[24]。国防科学技术大学的万稳利用SA测量软件研究了影响测量垂直度时候的不确定度的因素，用蒙特卡洛方法分析了同轴度测量不确定度的影响因素[25]。Predmore等学者在2010年将公共点的测量不确定度描述成误差椭球模型，通过对测量数据进行分析处理来限制最优的马氏距离，以此为目标函数，通过对激光跟?
电子科技大学硕士学位论文10图2-1激光跟踪仪组成配件。1.跟踪头；2.ActiveTarget；3.电缆线；4.控制箱；5.温度传感器；6.靶镜(SMR)2.1.2激光跟踪仪IFM测量方法激光跟踪仪在正常工作时发射红色氦氖激光束，在碰到靶球后原路返回跟踪头。仪器上的高精度编码器会记录水平角旋转角（AZ）和垂直俯仰角（EL），干涉光线会计算并记录目标点的绝对距离，以此来决定靶球中心点的球坐标，坐标数据通过网络电缆实时传输到电脑配套软件上。在相对测量方式中，激光束的干涉测量会被实际物体挡住光路传播从而中断测量，也就是“挡光”问题。为了便于激光跟踪仪校正，API已经把靶球的鸟巢距离补偿到自己的测量软件中，实际操作中已经不需要通过计算每一次“回巢”的干涉距离便能直接读出目标点的测距数值。找寻测量点搜寻结束角度数据采集目标搜寻确定角度偏移否是否对准距离数据采集坐标计算角度数据修正是重新对准目标是否在误差之内是否数据测量版块修正反馈版块图2-2激光跟踪仪IFM测量原理图
【参考文献】：
期刊论文
[1]5轴数控机床空间误差模型及辨识方法研究[J]. 左维,李巍. 组合机床与自动化加工技术. 2019(02)
[2]大尺寸测量场转站的参数勘定方法[J]. 常晏宁,王皓,孔令雨,唐楚禹. 机械设计与研究. 2018(03)
[3]五轴数控机床精度建模与预测研究[J]. 孙中芹. 中国战略新兴产业. 2018(08)
[4]一种提高激光跟踪仪转站准确度的方法[J]. 房鹤飞,高瑞翔,徐强胜. 上海计量测试. 2017(02)
[5]多变量整体最小二乘在激光跟踪仪转站中的应用[J]. 万鹏,楼立志,张帅. 测绘与空间地理信息. 2016(12)
[6]激光跟踪仪三维坐标转换综合优化方法[J]. 黄鹏,王青,李江雄,俞慈君,柯映林. 计算机集成制造系统. 2015(11)
[7]加权整体最小二乘在激光跟踪仪转站中的应用[J]. 李丽娟,赵延辉,林雪竹. 光学精密工程. 2015(09)
[8]大尺寸空间测量中转站误差分析与估计[J]. 金涨军,李江雄,俞慈君,柯映林. 浙江大学学报(工学版). 2015(04)
[9]基于激光跟踪仪的五轴机床旋转轴误差测量[J]. 殷建,李明. 中国激光. 2015(04)
[10]基于激光多边法的坐标测量系统自标定研究[J]. 胡进忠,余晓芬,刘媛媛. 电子测量与仪器学报. 2014(02)
博士论文
[1]激光跟踪仪高精度坐标测量技术研究与实现[D]. 范百兴.解放军信息工程大学 2013
硕士论文
[1]大尺度激光跟踪测量关键技术研究[D]. 万稳.国防科学技术大学 2012
[2]三坐标测量技术在汽车制造业的应用[D]. 李洪全.天津大学 2004
本文编号：2996577
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