关节式坐标测量机机械结构和测量误差研究

发布时间：2017-04-12 00:06

  本文关键词：关节式坐标测量机机械结构和测量误差研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：关节式坐标测量机是一种新型非笛卡尔坐标测量机,可以广泛用于反求工程、工业现场测量等领域。相对于传统的坐标测量机,它具有重量轻,体积小,便于携带和测量灵活性好等优点。但是另一方面由于杆长对角度误差的放大作用和各个关节臂的位置误差的叠加作用,使得关节式坐标测量机的测量精度相对传统坐标测量机较低。所以提高仪器测量精度,是关节式坐标测量机的关键性技术问题。本文围绕提高仪器测量精度这个关键问题,进行了以下几个方面的研究。 在仪器的机械结构设计上采取了以下办法减小测量误差:采用碳石墨纤维作为制造测量机杆件的材料,以降低温度变换对测量精度的影响; 在各个关节处成对使用角接触轴承,并施加一定的预紧力,以增加关节旋转轴线的刚性,尽量减小因关节晃动引起的测量误差。 在确定仪器各关节的坐标系统后,利用空间齐次变换的原理,建立了不考虑关节晃动情况下的测量运动方程,并导出了系统结构参数误差方程。在测量误差方程的基础上,给出了三种对系统结构参数进行标定的方法,在比较了三种方法的优缺点后,提出了将它们结合起来使用,以便实现三种方法的优势互补的思想。 为了使仪器达到更高的测量精度,本文提出了应对关节轴晃动所致测量误差进行定量分析和研究的新思想。在上面测量运动方程的基础上,通过加入能描述关节旋转轴线的偏转晃动的空间齐次变换矩阵,建立了关节晃动所致测量误差的数学方程,之后提出了一种“化整为零”的思路用以求解最大关节晃动误差,并针对实际设计的仪器求出了最大测量误差的计算结果。
【关键词】：关节式坐标测量机 测量误差 结构参数 标定 关节晃动
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH721
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-15
• 1．1 三维测量技术的发展现状8-12
• 1．1．1 非接触式三维测量技术8-10
• 1．1．2 接触式三维测量技术10-11
• 1．1．3 三维测量技术的发展现状11-12
• 1．1．4 关节式坐标测量机12
• 1．2 本课题的目的和研究意义12-13
• 1．3 本课题的主要任务13
• 1．4 文章内容安排13-14
• 1．5 本章总结14-15
• 2 系统机械结构设计15-24
• 2．1 关节式坐标测量机总体设计15-18
• 2．1．1 总体设计思路15-17
• 2．1．2 测量机自由度的选择17-18
• 2．2 测量杆件设计方案18-19
• 2．3 关节结构部件设计19-21
• 2．4 光电编码器的选取21-22
• 2．5 测量头的选用22-23
• 2．6 本章小结23-24
• 3 测量运动数学建模及系统结构误差模型24-37
• 3．1 测量运动方程24-29
• 3．1．1 测头位姿的描述24
• 3．1．2 齐次变换矩阵24-26
• 3．1．3 测量运动数学模型26-29
• 3．2 数学模型图解仿真实验29-32
• 3．3 系统结构参数误差所致测头位置误差数学模型32-36
• 3．3．1 关节式坐标测量机的测量误差影响因素分析及应对措施32-33
• 3．3．2 系统结构参数误差导致的测头位置误差模型33-34
• 3．3．3 误差模型的仿真验证34-36
• 3．4 本章小结36-37
• 4 系统结构参数标定算法研究37-45
• 4．1 系统误差标定37
• 4．2 国内外各种关节结构参数标定方法综述37-38
• 4．3 不需额外坐标测量设备的标定方法研究38-41
• 4．3．1 单点标定38-39
• 4．3．2 多点标定39-41
• 4．4 需辅助坐标测量设备的标定方法41-43
• 4．4．1 从标定块坐标系到基座坐标系转换矩阵的求取41-43
• 4．4．2 由已知各标定孔坐标求解系统结构参数误差43
• 4．5 三种标定方法的比较和综合应用43-44
• 4．6 本章小结44-45
• 5 关节式坐标测量机随机测量误差分析和建模45-53
• 5．1 关节晃动导致的测头中心位置的误差分析及建模45-48
• 5．1．1 关节轴微小平移和偏转所致杆件末端位置偏差比较45-46
• 5．1．2 关节晃动所致测量误差的数学模型46-48
• 5．2 数学模型的仿真验证48-50
• 5．3 关节晃动所致测量误差最大值的求解50-52
• 5．4 本章小结52-53
• 6 总结和展望53-55
• 6．1 全文总结53
• 6．2 展望及建议53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录59

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 高贯斌;关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D];浙江大学;2010年

2 黄奎;多关节式坐标测量系统的关键技术研究[D];华中科技大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈雪勇;多关节坐标测量机标定技术研究[D];华中科技大学;2009年

2 周丽华;大型运载火箭自动对接技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 张选高;可重构的关节臂式坐标测量机研究[D];浙江大学;2012年

4 王宝超;便携式关节型三坐标测量仪的研制[D];机械科学研究总院;2007年

5 魏霖;关节式坐标测量机标定的研究[D];华中科技大学;2006年

6 余志华;虚拟柔性臂测量机研究[D];浙江大学;2007年

7 裴延军;非正交系在线坐标测量系统的研究[D];汕头大学;2008年

8 周雄辉;柔性坐标测量机的结构设计与精度研究[D];浙江大学;2008年

9 许克凤;柔性测量臂测头半径补偿算法及平衡机构研究[D];华中科技大学;2007年

10 刘一宇;光笔双目视觉测量系统的研究[D];中南大学;2010年

  本文关键词：关节式坐标测量机机械结构和测量误差研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：300258