提高便携关节式坐标测量机测角精度的圆光栅自标定技术研究
发布时间：2021-08-25 13:01
在便携关节臂式坐标测量机的实际工业应用中,对于轴系旋转关节安装的圆光栅测角误差进行标定是提高其测量精度的一个主要研究方向。为了提高关节轴系圆光栅角度测量精度,本文提出了一种基于读数头优化布局的圆光栅角度测量误差自校准方法,并对应设计了用于此误差校准方案的多路光栅数据采集与处理系统,具体工作内容如下:1、对便携关节式坐标测量机旋转关节处圆光栅测角误差来源进行分类分析,并列举出常见的误差函数模型,对不同函数拟合效果进行对比,提出运用一种测量读数头优化布局的圆光栅测角误差补偿模型。2、分析多读数头优化布局测角误差自校准模型的原理以及各校准方案的误差谐波分量抑制效果,并通过仿真对比实验验证自校准模型的补偿效果。3、对便携关节式坐标测量机旋转关节处圆光栅测角数据采集与处理系统的功能需求进行设计分析,确定结合FPGA、单片机、软件开发等多种技术为基础的数据采集和处理系统方案,可实现多路圆光栅数据的同步采集和角度测量误差的修正。4、根据仿真实验效果设计对比试验,验证自校准模型的有效性和可靠性。实验结果表明,本文提出的运用于便携关节式坐标测量机关节轴系的圆光栅双读数头和三读数头优化布局的的自校准方案补...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统正交式
惶旖虼笱д殴?鄣萚11]-[13]提出了一种数学模型可以应用于关节臂式坐标测量机的标定工作中，通过建立复合球坐标系简化了误差模型并研制了相应的误差标定系统；华中科技大学黄奎等[14][15]利用旋量理论建立数学模型，优化误差标定算法并研究了运动学参数误差对测量精度的影响；浙江大学王文、高贯斌等[16][18]建立了一种基于粒子群算法的参数辨识模型，并针对关节臂式坐标测量机圆光栅角度传感器的偏心误差补偿等进行了相关研究工作[17]；合肥工业大学在国家自然科学基金项目的支持下，先后研制出四代样机，如图1.2所示。尚平等[19]对误差源进行分析，优化误差模型并分析了关节臂式坐标测量机存在最佳测量区域的问题。机械平衡结构是便携关节式坐标测量机中的重要组成部分，起到了位置装置平衡的作用，王春华等[20]针对于机械平衡结构的优化提出了一系列解决方案。胡毅等[21][22]基于神经网络理论研究了坐标测量机热误差修正模型，并且设计了自驱动关节式坐标测量机的测控系统方案。程文涛等[23]对便携关节式坐标测量机的标定技术进行研究，提出使用锥孔标准杆作为标准件的标定方法。图1.2四代便携关节式坐标测量机（合肥工业大学）Fig1.2FourgenerationPACMMdevelopedbyHFUT
合肥工业大学硕士学位论文4便携关节式坐标测量机的结构示意图如图1.3所示，主要由基座、测量臂、旋转关节以及测头等几部分串联构成[17]。通过对国内外关于便携关节式坐标测量机运动学模型以及误差模型建立的研究学习可知，当关节臂长度、测头长度等长度量误差传递到测量结果上时，并没有放大效应，而关节转角误差对于测量结果的影响会因测量机串联式的机械结构被严重放大，且放大效果受关节顺序和坐标测量机位姿影响显著[24]。因此，对于安装在便携关节式坐标测量机旋转关节处圆光栅测角精度理论的研究工作是提高测量机测量精度的主要研究方向。图1.3便携关节式坐标测量机结构示意图Fig1.3ConfigurationofPortableArticulatedCoordinateMeasuringMachine为了提高圆光栅角度测量系统的精度，首先要对影响系统精度的误差进行分类分析。圆光栅测角精度判别指标按形成误差的原因一般可分为三类：刻线精度、安装精度以及系统精度。刻线精度指光栅制造工艺误差所造成的实际理想角度值和读数头测量值之间的差值。安装精度指由于安装不当造成的实际工作旋转角度与读数头测量值之间的差值。系统精度是指在理想安装状态下由于电子细分误差和圆光栅刻划误差共同导致的实际旋转角度与读数头测量值之间的差值。圆光栅制作工艺复杂，目前国内生产圆光栅的精度还达不到很高的标准，高精度产品主要依赖进口，因此为了减小光栅制造工艺误差，还需对光栅的加大研制以及生产力度。在圆光栅的实际应用中，需要外接电路系统且配置一定的机械结构，这均会造成其测量值与实际值之间存在差异，减小这部分误差的影响可以通过在数据处理阶段对测角结果进行补偿。因此，对于圆光栅角度测量误差进行实时补偿是圆光栅精度理论的主要研究内容。关于圆光栅测角精度理?
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆光栅测角系统误差分析与修正[J]. 张文颖,朱浩然. 应用光学. 2019(03)
[2]多读数头混合布局测角误差抑制方法[J]. 张文颖,劳达宝,周维虎,江炜,朱浩然. 光学精密工程. 2017(09)
[3]精密转台角分度误差补偿[J]. 王福全,王珏,谢志江,刘丰林. 光学精密工程. 2017(08)
[4]一种新的圆光栅偏心参数自标定方法[J]. 冯超鹏,祝连庆,潘志康,郭阳宽. 仪器仪表学报. 2016(11)
[5]基于RBF神经网络的关节转角误差补偿[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰. 机械工程学报. 2010(12)
[6]基于旋量理论的关节臂坐标测量机建模及标定[J]. 黄奎,莫健华,付泽民,史玉升. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(04)
[7]关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识[J]. 王文,林铿,高贯斌,陈子辰. 光学精密工程. 2010(01)
[8]应用改进模拟退火算法实现关节臂式坐标测量机的参数辨识[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰. 光学精密工程. 2009(10)
[9]柔性关节式坐标测量机的误差源分析与建模[J]. 尚平,费业泰. 工具技术. 2009(08)
[10]关节臂式坐标测量机误差仿真系统建模与分析[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰. 计算机集成制造系统. 2009(08)
博士论文
[1]关节式坐标测量机标定技术研究[D]. 程文涛.合肥工业大学 2011
[2]关节式坐标测量机热变形误差建模及修正研究[D]. 胡毅.合肥工业大学 2011
[3]关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D]. 高贯斌.浙江大学 2010
[4]多关节式坐标测量系统的关键技术研究[D]. 黄奎.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]便携关节式坐标测量机测角热误差补偿及数据处理技术研究[D]. 鲍文慧.合肥工业大学 2019
[2]自驱动关节臂坐标测量机关节模块测控系统研究[D]. 顾晓威.合肥工业大学 2019
[3]动态角度标准装置及量值溯源技术研究[D]. 乔丹.中国计量大学 2017
[4]高精度圆光栅测角系统误差补偿技术研究[D]. 周彬彬.哈尔滨工业大学 2016
[5]激光跟踪仪高精度测角误差补偿技术研究[D]. 李万红.合肥工业大学 2014
[6]可重构的关节臂式坐标测量机研究[D]. 张选高.浙江大学 2012
[7]柔性坐标测量机的结构设计与精度研究[D]. 周雄辉.浙江大学 2008
[8]光电自准直小角度测量系统设计[D]. 苏力.西安理工大学 2007
[9]关节臂式柔性三坐标测量系统关键技术的研究[D]. 郭辉.天津大学 2005
本文编号：3362162
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统正交式
惶旖虼笱д殴?鄣萚11]-[13]提出了一种数学模型可以应用于关节臂式坐标测量机的标定工作中，通过建立复合球坐标系简化了误差模型并研制了相应的误差标定系统；华中科技大学黄奎等[14][15]利用旋量理论建立数学模型，优化误差标定算法并研究了运动学参数误差对测量精度的影响；浙江大学王文、高贯斌等[16][18]建立了一种基于粒子群算法的参数辨识模型，并针对关节臂式坐标测量机圆光栅角度传感器的偏心误差补偿等进行了相关研究工作[17]；合肥工业大学在国家自然科学基金项目的支持下，先后研制出四代样机，如图1.2所示。尚平等[19]对误差源进行分析，优化误差模型并分析了关节臂式坐标测量机存在最佳测量区域的问题。机械平衡结构是便携关节式坐标测量机中的重要组成部分，起到了位置装置平衡的作用，王春华等[20]针对于机械平衡结构的优化提出了一系列解决方案。胡毅等[21][22]基于神经网络理论研究了坐标测量机热误差修正模型，并且设计了自驱动关节式坐标测量机的测控系统方案。程文涛等[23]对便携关节式坐标测量机的标定技术进行研究，提出使用锥孔标准杆作为标准件的标定方法。图1.2四代便携关节式坐标测量机（合肥工业大学）Fig1.2FourgenerationPACMMdevelopedbyHFUT
合肥工业大学硕士学位论文4便携关节式坐标测量机的结构示意图如图1.3所示，主要由基座、测量臂、旋转关节以及测头等几部分串联构成[17]。通过对国内外关于便携关节式坐标测量机运动学模型以及误差模型建立的研究学习可知，当关节臂长度、测头长度等长度量误差传递到测量结果上时，并没有放大效应，而关节转角误差对于测量结果的影响会因测量机串联式的机械结构被严重放大，且放大效果受关节顺序和坐标测量机位姿影响显著[24]。因此，对于安装在便携关节式坐标测量机旋转关节处圆光栅测角精度理论的研究工作是提高测量机测量精度的主要研究方向。图1.3便携关节式坐标测量机结构示意图Fig1.3ConfigurationofPortableArticulatedCoordinateMeasuringMachine为了提高圆光栅角度测量系统的精度，首先要对影响系统精度的误差进行分类分析。圆光栅测角精度判别指标按形成误差的原因一般可分为三类：刻线精度、安装精度以及系统精度。刻线精度指光栅制造工艺误差所造成的实际理想角度值和读数头测量值之间的差值。安装精度指由于安装不当造成的实际工作旋转角度与读数头测量值之间的差值。系统精度是指在理想安装状态下由于电子细分误差和圆光栅刻划误差共同导致的实际旋转角度与读数头测量值之间的差值。圆光栅制作工艺复杂，目前国内生产圆光栅的精度还达不到很高的标准，高精度产品主要依赖进口，因此为了减小光栅制造工艺误差，还需对光栅的加大研制以及生产力度。在圆光栅的实际应用中，需要外接电路系统且配置一定的机械结构，这均会造成其测量值与实际值之间存在差异，减小这部分误差的影响可以通过在数据处理阶段对测角结果进行补偿。因此，对于圆光栅角度测量误差进行实时补偿是圆光栅精度理论的主要研究内容。关于圆光栅测角精度理?
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆光栅测角系统误差分析与修正[J]. 张文颖,朱浩然. 应用光学. 2019(03)
[2]多读数头混合布局测角误差抑制方法[J]. 张文颖,劳达宝,周维虎,江炜,朱浩然. 光学精密工程. 2017(09)
[3]精密转台角分度误差补偿[J]. 王福全,王珏,谢志江,刘丰林. 光学精密工程. 2017(08)
[4]一种新的圆光栅偏心参数自标定方法[J]. 冯超鹏,祝连庆,潘志康,郭阳宽. 仪器仪表学报. 2016(11)
[5]基于RBF神经网络的关节转角误差补偿[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰. 机械工程学报. 2010(12)
[6]基于旋量理论的关节臂坐标测量机建模及标定[J]. 黄奎,莫健华,付泽民,史玉升. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(04)
[7]关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识[J]. 王文,林铿,高贯斌,陈子辰. 光学精密工程. 2010(01)
[8]应用改进模拟退火算法实现关节臂式坐标测量机的参数辨识[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰. 光学精密工程. 2009(10)
[9]柔性关节式坐标测量机的误差源分析与建模[J]. 尚平,费业泰. 工具技术. 2009(08)
[10]关节臂式坐标测量机误差仿真系统建模与分析[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰. 计算机集成制造系统. 2009(08)
博士论文
[1]关节式坐标测量机标定技术研究[D]. 程文涛.合肥工业大学 2011
[2]关节式坐标测量机热变形误差建模及修正研究[D]. 胡毅.合肥工业大学 2011
[3]关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D]. 高贯斌.浙江大学 2010
[4]多关节式坐标测量系统的关键技术研究[D]. 黄奎.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]便携关节式坐标测量机测角热误差补偿及数据处理技术研究[D]. 鲍文慧.合肥工业大学 2019
[2]自驱动关节臂坐标测量机关节模块测控系统研究[D]. 顾晓威.合肥工业大学 2019
[3]动态角度标准装置及量值溯源技术研究[D]. 乔丹.中国计量大学 2017
[4]高精度圆光栅测角系统误差补偿技术研究[D]. 周彬彬.哈尔滨工业大学 2016
[5]激光跟踪仪高精度测角误差补偿技术研究[D]. 李万红.合肥工业大学 2014
[6]可重构的关节臂式坐标测量机研究[D]. 张选高.浙江大学 2012
[7]柔性坐标测量机的结构设计与精度研究[D]. 周雄辉.浙江大学 2008
[8]光电自准直小角度测量系统设计[D]. 苏力.西安理工大学 2007
[9]关节臂式柔性三坐标测量系统关键技术的研究[D]. 郭辉.天津大学 2005
本文编号：3362162
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