關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機自標(biāo)定方法與誤差補償研究.pdf

1、關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機是一種多自由度、非笛卡爾系坐標(biāo)測量設(shè)備，具有體積小、重量輕、運動靈活、方便工業(yè)現(xiàn)場測量等特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。本學(xué)位論文結(jié)合杭州市科技計劃項目“基于嵌入式系統(tǒng)的柔性臂測量機系統(tǒng)研制”，采用理論分析、計算機仿真和實驗研究相結(jié)合的方法，系統(tǒng)、深入地開展了關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)的研究，研制出六自由度關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機樣機，并開發(fā)了標(biāo)定和誤差補償系統(tǒng)。
　　 論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　 第

2、一章，闡述本學(xué)位論文的研究背景與意義，詳細(xì)論述關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，提出論文的主要研究內(nèi)容。
　　 第二章，建立關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的運動學(xué)模型，通過數(shù)值計算和圖形仿真相結(jié)合的方法進(jìn)行運動學(xué)分析。對關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的誤差來源進(jìn)行了全面的分析，建立誤差模型，并繪制關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)角、關(guān)節(jié)長度、桿長和測頭偏置等參量的關(guān)節(jié)空間誤差分布圖，通過誤差分布圖分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和

3、測量位姿對測量機精度的影響規(guī)律，為關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選型及測量區(qū)域選擇提供理論依據(jù)。
　　 第三章，在第二章理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對測量機的測量空間進(jìn)行仿真分析，得到測量空間的形狀和大小。運用有限元軟件ANSYS分析薄弱環(huán)節(jié)零件的強度及整機在重力和測量力作用下的變形情況。建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件平臺，實現(xiàn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、觸發(fā)按鈕等信號的實時采集。研究常用幾何元素的擬合及誤差評定方法

4、，開發(fā)基于Open Cascade CAD平臺和多線程技術(shù)的坐標(biāo)測量軟件，用于關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的測量和掃描操作。
　　 第四章，研究徑向圓光柵角度傳感器的組成和工作原理，并分析安裝偏心和傾斜對其測量精度的影響規(guī)律。分別利用精密三坐標(biāo)測量機和光電自準(zhǔn)直儀對角度傳感器的測量誤差進(jìn)行標(biāo)定，研究測量誤差的分布規(guī)律，提出兩種不同形式的誤差補償方法：第一種方法采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對角度測量誤差進(jìn)行預(yù)測和補償；第二種方法根據(jù)角度測量誤差信號的

5、頻譜分析結(jié)果，推導(dǎo)出一種基于正弦函數(shù)的誤差補償模型，并采用自適應(yīng)粒子群算法對誤差補償模型的參數(shù)進(jìn)行辨識，以克服最小二乘法等傳統(tǒng)算法在辨識過程中無法收斂的問題。
　　 第五章，為解決關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機現(xiàn)場標(biāo)定的難題，提出一種基于改進(jìn)模擬退火算法的自標(biāo)定方法。為彌補模擬退火算法遺失中間最優(yōu)解的缺陷，并提高算法搜索效率和最終解質(zhì)量，提出一種改進(jìn)模擬退火算法，在算法搜索過程中保留中間最優(yōu)解，并及時更新，當(dāng)算法接近最優(yōu)解時自動減小搜索范圍

6、。研究關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機自標(biāo)定的原理及其實現(xiàn)方法，利用一個簡單的錐形孔采集單點數(shù)據(jù)，根據(jù)單點數(shù)據(jù)建立以關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)為未知量的超定方程組，并用改進(jìn)模擬退火算法求超定方程組的最優(yōu)解，從而實現(xiàn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)的自動標(biāo)定。
　　 第六章，對研制的關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機進(jìn)行自標(biāo)定及誤差補償實驗研究，實驗結(jié)果顯示經(jīng)過誤差補償后，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角誤差均控制在0.002°以內(nèi)。經(jīng)過自標(biāo)定之后，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機的長度測量精度達(dá)到+O.06mm，單點重復(fù)測量精