专利名称：平行双关节坐标测量机连接杆长度标定方法
技术领域：
本发明涉及平行双关节式坐标测量机连接杆长度的标定技术，利用参数测定法和 反转法等方法的基本思想，设计了平行双关节式坐标测量机连接杆长度的标定方案。属于 测试技术及仪器领域。具体讲涉及平行双关节坐标测量机连接杆长度标定方法。
背景技术：
平行双关节坐标测量机属于一种非正交坐标测量设备。非正交坐标测量系统较正 交坐标测量系统具有造价低、运动灵活、测量空间开阔、适合现场测量等优点，近年来获得 了迅速的发展。本文所述的基于非正交坐标测量系统的平行双关节坐标测量机如图1所 示，主要由两个旋转关节和一个直线关节组成，大连接板连接旋转关节I和旋转关节II，小 连接板连接旋转关节II和直线关节，直线关节底部安装了一个触发测头，用于采集读数。
提高测量机的测量精度一直是坐标测量机技术发展中的一个重要课题。完全通过 提高制作精度、严格控制环境与使用条件来达到较高测量精度是很困难的，即使技术上可 能，在经济上也要付出高昂的代价。因此，误差分析和标定技术在坐标测量机系统中得到了 广泛的应用。但是，非正交坐标测量系统的精度低于正交坐标测量系统，坐标换算关系较复 杂。因此，非正交坐标测量机的误差补偿环节对提高系统测量精度至关重要。
实际上，进行误差修正后坐标测量机的测量精度依然无法达到预期精度。无论是 测量模型还是实际误差检测过程中都必然存在误差，因此运动学参数标定必不可少。
仪器的各个误差源在归纳为六个自由度方向的误差时，各个误差源之间有耦合， 将各个耦合的误差通过各种检测方法和措施分离开的过程，即是误差的标定过程。将各个 误差源标定出来之后，即可带入误差补偿模型中，对仪器的测量值进行补偿。误差修正与仪 器标定的关系为误差修正是根据数学模型，找到仪器误差项，通过不断地修正误差使各个 误差项的误差值尽量减小，达到仪器测头理论位置与实际位置统一的目的；标定技术是利 用测量机首先测量标准件，根据误差源与坐标测量机误差之间的固有函数规律，应用最小 二乘等方法，辨识出各误差源大小，最后通过采用附加算法来补偿坐标测量机的误差。
在平行双关节坐标测量机中，测头坐标是根据测量机各关节处的传感器的转角或 位移示值结合各个杆的长度，利用测量公式计算得出的。因此，精确的标定测量机中各段的 实际有效长度是一个基本的问题。
传统的做法是测量机测量一定数量的参数已知的标准样件，结合各个关节的参数 及其误差，用建立的带误差的数学模型推导出最小二乘法的正规方程来求得各个杆长，但 是这个方法弓I入的误差项较多，标定的精度较低。发明内容
为克服现有技术的不足，实现对平行双关节坐标测量机的连接杆长度的有效标 定，本发明采用的技术方案是，平行双关节坐标测量机连接杆长度标定方法，包括如下步 骤
使大连接杆与小连接杆间的旋转轴做回转运动，使大连接杆另一端的旋转轴固 定，测得小连接杆长度；
使大连接杆与小连接杆间的旋转轴固定，使大连接杆另一端的旋转轴做回转运 动，小连接杆的长度作为已知量，同时大连接杆和小连接杆在同一条直线上，测得大连接杆 和小连接杆长度和，即得大连接杆长度。
所述测得小连接杆长度步骤进一步细化为
(1)固定两个测长仪，使之在一条直线上，不共线的角度小于0.5度；
(2)使用标准棒标定出两个测长仪之间的直线距离，设标准棒的长度为L，当标准 棒与两个测长仪接触时，两个测长仪的读数分别为Aal和Abl;
(3)使大连接杆另一端的旋转轴固定；
(4)使大连接杆与小连接杆间的旋转轴做回转运动，小连接杆上触发测头旋转至 B位置；
(5) 一个测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同 步触发读取测长仪的数据，记下读数值，设为Δ132;
(6)将小连接杆旋转180度，到A位置；
(7)另一测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同 步触发读取测长仪的数据，记下读数值，设为
(8)通过公式..—· ^卜丄“，…=，即可以求出小连接杆的长度数 据。
所述测得大连接杆长度步骤进一步细化为
(1)固定两个测长仪，使之在一条直线上，不共线的角度小于0.5度；
(2)使用标准棒标定出两个测长仪之间的直线距离，设标准棒的长度为L，当标准 棒与两个测长仪接触时，测长仪A和测长仪B的读数分别为Aal和Abl;
(3)固定大、小连接杆之间的关节，使之不能转动，同时通过该关节上的角度传感 器，保证大连接杆与小连接杆在同一条直线上，同时记录不共直线的角度误差为Δ θ ；
(4)平行双关节坐标测量机关节臂的触发测头旋转至B位置；
(5)测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步触 发读取测长仪的数据，记下读数值，设为Δ132;
(6)将关节臂旋转180度，到A位置；
(7)另一测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同 步触发读取测长仪的数据，记下读数值，设为
(8)通过公式5: —Λ:即可以求出大连接杆al的长度数 据。
本发明具有如下技术效果
1、采用测长仪装置，因而本发明可以克服传统标定方法标定的精度较低的缺点；
2、分别固定相应的旋转轴，标定平行度过程中，隔离了其他系统误差对标定的影 响；
3、可以对平行双关节坐标测量机连接杆的长度误差进行补偿。
图1为平行双关节坐标测量机结构图。图中，1-旋转关节Zl，2-大连接板al，3-旋 转关节Z2，4-小连接板a2，5-直线关节^3，6-手臂，7-触发测头。
图2为标定原理示意图。
图3标准棒标定两个测长仪之间的距离。
图4标定连接杆a2的长度。
图5标定连接杆al+a2的长度。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一套用于标定平行双关节坐标测量机的连接杆长度技术， 提高对平行双关节坐标测量机的连接杆长度的标定精度。
为了解决误差问题，本发明提出了一套用于标定平行双关节坐标测量机的连接杆 长度的实验方法，将某些杆固定，逐级的分别标定待定参数。对仪器的系统误差参数进行有 效的标定。
在平行双关节坐标测量机连接杆的长度标定有个俩个方面
1.连接旋转轴\与直线关节&的小连接杆 的长度标定。
2.连接旋转轴\与\的大连接杆 的长度标定。
本发明提出了一种通过实验的方法标定平行双关节坐标测量机两个连接杆长度 的技术。
连接杆 长度标定的基本原理如图4所示，将\轴的旋转关节固定。至止，可以 运动的部分只有4轴的旋转关节。杆％和直线关节一起绕&旋转士90°，使O3转到O32 或O31点，则有V‘ , ·
—^―^
连接杆 长度标定的基本原理如图4所示，标定连接杆长度 时，要将连接杆 作为已知量，同时，连接杆％要位于仪器坐标的零位，即连接杆％和连接杆％在同一条直 线上(首先要标定出零位误差)，固定&轴的旋转和直线关节的运动。测量出4+ 的值， 即可求得连接杆 的值。
由上例概括为
(1)将一个τγ轴旋转关节和直线关节固定，使可以运动的部分只有轴的旋转关 节，杆％与直线关节一起绕旋转士90°测出杆％长度的两倍，来标定出杆％的长度；
(2)利用已标定出的杆 的长度，同时使杆 和 在同一条直线上，固定&轴旋 转关节和直线关节，测量出4+ 的值，即可标定出杆％的长度。
下面结合附图和实施例，进一步详细说明本发明。
将图1所示的结构图简化成图2，其中，&表示第一个旋转轴的回转轴线，&表示 第二个旋转轴的回转轴线，Z3表示直线关节的运动直线，D表示触发测头。al和a2分别表 示大连接杆和小连接杆的长度。
平行双关节坐标测量机连接旋转轴与直线关节的小连接杆％的长度标定步5骤
(1)固定两个测长仪，使之在一条直线上，不共线的角度小于0.5度。
(2)使用标准棒标定出两个测长仪之间的直线距离，如图3所示，设标准棒的长度 为L，当标准棒与两个测长仪接触时，测长仪A和测长仪B的读数分别为Aal和Abl。
(3)固定Zl关节，使之不能转动。
(4)平行双关节坐标测量机关节臂的触发测头旋转至B位置；
(5)测长仪B与关节臂上的触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步 触发读取测长仪的数据，记下读数值，设为Δ132;
(6)将关节臂旋转180度，到A位置；
(7)测长仪A与关节臂上的触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步 触发读取测长仪的数据，记下读数值，设为
(8)通过公式
权利要求
1.一种平行双关节坐标测量机连接杆长度标定方法，其特征是，包括如下步骤使大连接杆与小连接杆间的旋转轴做回转运动，使大连接杆另一端的旋转轴固定，测 得小连接杆长度；使大连接杆与小连接杆间的旋转轴固定，使大连接杆另一端的旋转轴做回转运动，小 连接杆的长度作为已知量，同时大连接杆和小连接杆在同一条直线上，测得大连接杆和小 连接杆长度和，即得大连接杆长度。
2.根据权利要求1所述的一种平行双关节坐标测量机连接杆长度标定方法，其特征 是，所述测得小连接杆长度步骤进一步细化为(1)固定两个测长仪，使之在一条直线上，不共线的角度小于0.5度；(2)使用标准棒标定出两个测长仪之间的直线距离，设标准棒的长度为L，当标准棒与 两个测长仪接触时，两个测长仪的读数分别为Aal和Abl;(3)使大连接杆另一端的旋转轴固定；(4)使大连接杆与小连接杆间的旋转轴做回转运动，小连接杆上触发测头旋转至B位置；(5)一个测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步触 发读取测长仪的数据，记下读数值，设为Δ132;(6)将小连接杆旋转180度，到A位置；(7)另一测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步触 发读取测长仪的数据，记下读数值，设为(8)通过公式=即可以求出小连接杆的长度数据。
3.根据权利要求1所述的一种平行双关节坐标测量机连接杆长度标定方法，其特征 是，所述测得大连接杆长度步骤进一步细化为(1)固定两个测长仪，使之在一条直线上，不共线的角度小于0.5度；(2)使用标准棒标定出两个测长仪之间的直线距离，设标准棒的长度为L，当标准棒与 两个测长仪接触时，测长仪A和测长仪B的读数分别为Aal和Abl;(3)固定大、小连接杆之间的关节，使之不能转动，同时通过该关节上的角度传感器，保 证大连接杆与小连接杆在同一条直线上，同时记录不共直线的角度误差为Δ θ ；(4)平行双关节坐标测量机关节臂的触发测头旋转至B位置；(5)测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步触发读 取测长仪的数据，记下读数值，设为Δ132;(6)将关节臂旋转180度，到A位置；(7)另一测长仪与小连接杆上触发测头接触，使触发测头产生触发信号，该信号同步触 发读取测长仪的数据，记下读数值，设为(8)通过公式κ-久即可以求出大连接杆al的长度数据。
全文摘要
本发明涉及平行双关节式坐标测量机连接杆长度的标定技术。为实现对平行双关节坐标测量机的连接杆长度的有效标定，本发明采用的技术方案是，使大连接杆与小连接杆间的旋转轴做回转运动，使大连接杆另一端的旋转轴固定，测得小连接杆长度；使大连接杆与小连接杆间的旋转轴固定，使大连接杆另一端的旋转轴做回转运动，小连接杆的长度作为已知量，同时大连接杆和小连接杆在同一条直线上，测得大连接杆和小连接杆长度和，即得大连接杆长度。本发明主要应用于连接杆长度的标定。
文档编号G01B21/02GK102042819SQ201010570648
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者张国雄, 李杏华, 裘祖荣, 郭敬滨 申请人:天津大学