自驱动关节臂坐标测量机臂杆静态变形研究

发布时间：2020-07-11 03:55

【摘要】：随着制造业向自动化、智能化方向的发展,生产过程中对在线测量的精度和效率要求越来越高。对大型工件尤其是不规则外形工件测量的需求越来越多,坐标测量机是解决该需求的重要途径,关节臂式坐标测量机因操作灵活、便于操控而获得应用。由于其结构相对复杂,误差来源并不单一,其测量误差尤其是自驱动关节臂测量机测量误差方面的研究相对较少,难以满足进一步提高产品加工质量的实际需求,亟待开展这方面的研究。本文以自驱动关节臂测量机为研究对象,采用理论分析、模拟仿真和实验结合的方式,对臂杆变形对关节臂测量机的精度影响进行系统的研究,开展的主要工作和研究成果如下:(1)为建立关节臂坐标测量机数学模型,论文对比了D-H模型、Hayati改进的D-H模型、MD-H模型、旋量指数积模型等各自特点,优选出旋量指数积作为自驱动关节臂坐标测量机建模工具,建立了基于旋量指数积的坐标测量数学模型,为关节臂坐标测量机测量的精度分析提供理论依据。(2)理想情况下可将自驱动关节臂坐标测量机视为刚体,利用各关节处的圆盘光栅传感器检测关节两臂杆间的相对旋转角,借助数学模型获得以基座为原点的笛卡尔坐标中末端测头位置信息。对于实际的自驱动关节臂坐标测量机,自重使臂杆产生弹性变形,导致末端测头偏离理想位置,从而出现测量误差。论文借助虚功原理,利用关节间力的平移法以及测量机姿态与力学变形间的关系,建立了自驱动关节臂坐标测量机变形体模型,给出力变形误差的计算方法。(3)设计并研制了自驱动关节臂坐标测量试验样机,提出基于光纤光栅应变传感技术的臂杆变形检测新方法。受轴向力、径向力、弯矩和扭矩的共同作用下,利用臂杆外侧面六个轴向粘贴的光纤光栅应变传感器和一个斜向粘贴的光纤光栅应变传感器,通过对所测应变进行分析,实现对臂杆复合载荷的分离与检测。所测载荷代入变形体模型获得测算误差,实验结果表明监测方法准确、合理,能客观准确描述关节臂测量机的静态误差规律,为后续的研究提供了理论基础和实践经验。图[59]表[23]参[50]。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH721
【图文】：

坐标测量机,基本形式,关节,三坐标测量机

测量范围不大，但精度相对较高。尽管两者在结构形式上差别明显，定了关节式坐标测量机的基本形式。表 1 三坐标测量机与关节式坐标测量机特性Table 1 Characteristic of CMM and articulated arm coordinate measuring machine对比项目三坐标测量机关节式坐标测量机体积大，需专门测量室小、轻测量精度高较高测量死角很多极少操作难度需专门培训较易可搬运性基本不能移动非常方便环境适应性对温度、湿度、振动等有要求要求较少被测物适应性体积小且形状规则几乎无特殊限制在线测量可能性很难实现较易

坐标测量机

(a) Faro 关节臂测量机 (b)Hexagon 关节臂测量机图 2 Faro、Hexagon 关节臂坐标测量机Fig. 2 Faro and Hexagon articulated arm coordinate measuring machinearo 的 Quantum 系列提供了一个用来放置被测物的旋转平台，起到第八个。QuantumS 是三个系列中精度最高的关节臂坐标测量机，在测量范围构情况下精度可达到 0.008mm。exagon 关节臂坐标测量机在关节处使用了绝对编码器作为计量关节角度是一款无需预热、无需回零开机即可使用的坐标测量机，其 Compact 型甚至可达 0.006mm。 1999 年以来国内有哈尔滨工业大学、浙江大学、天津大学、合肥工业大者开展关节臂坐标测量机研发。1997 年车仁生[7]教授率先开展对关节式的研究，周雄辉[8]设计了关节式坐标测量机的机械结构并对结构参数和误差进行分析总结得到系统误差模型和随机误差模型，王学影[9]在博士臂式坐标测量机的系统进行研究，并对各杆长比例进行优化。王春花[10

误差分布,不确定度,椭球,对关节

安徽理工大学硕士学位论文数方面，汪平平[11]使用非线性最小二乘法对关节臂坐标使用模拟退火法对关节臂进行标定，程文涛[13]分别使用venberg-Marquarat 法对关节臂测量机进行了标定并进行点法对关节臂测量机进行了标定。差方面，郑大腾[15]认为六个圆光栅传感器的误差特性不的空间三维误差形如的“果仁式”误差分布，波兰学者 Jerz标测量机测量点不确定度为椭球如图 3 所示。秦自瑞[17]分万侃然、江超等[18][19]研究关节臂测量机最佳测量区，提出关节的零位进行合理匹配可以有效提高关节臂测量机的测

【参考文献】