转。本测量机的第一关节4、第二关节5具有锁定装置，可将第一关节4、第 二关节5位置固定。
[0031] 图2为本发明中关节式坐标测量机姿态优化装置200，其由多个带有Φ 6锥孔201的 平面和一个底座202组成，可通过底座202上的调节旋钮203来调节姿态优化装置的高低，如 果待测空间较大，可移动或者旋转姿态优化装置200。关节式坐标测量机测量姿态优化主要 可分为数据采集、姿态聚类、姿态优化、姿态提取、姿态验证几部分。每一组采集样本包括6 个角度传感器的实际角度θ':(1 = 1,2,3,4,5,6)以及对应的测量误差δ。由于测量机测量精 度受测量误差和角度传感器偏心误差影响显著，所以应尽可能在测量空间使用不同测量姿 态取点。姿态聚类即对采集的数据进行聚类分析，将各转角范围相近且测量误差较低的数 据分到各个簇当中。再通过姿态优化步骤归纳每一簇当中各转角的转角旋转范围，并计算 簇中样本的误差方差。根据测量机测量姿态优化评定原则和具体测量要求对所需的簇进行 姿态提取。
[0032] 具体地，测量姿态优化过程如下：
[0033] 1、将姿态优化装置200放置在待测空间内，使用关节式坐标测量机100对姿态优化 测量装置200上不同面上的50个锥孔以不同测量姿态进行测量，每个锥孔测量50次。共得到 2500组测量样本。
[0034] 2、计算每个采样点数据的重复精度，并与六个关节转角值组成关节式坐标测量机 姿态优化数据，并对数据进行处理。
[0035] 3、借助关节式坐标测量机的辅助支架在处理后测量姿态下对待测物进行测量。也 可以尽可能地在处理后测量姿态下对待测物进行多次测量，再将测量姿态结果以外的数据 滤去得到测量机姿态优化后的待测物测量数据。
[0036] 数据处理过程：
[0037] 1、通过D-Η模型计算第j组测量姿态θυ、θ2」、θ 3」、θ4」、θ5」、θ6」下对应的测头坐标Xj、 yj、Zj。计算对应采样点i的50组数据坐标平均值&、％、_力。将每个采样点测量50次的坐 标平均值作为坐标真值，并使用其来计算该测量姿态下的测量误差
[0038]
[0039] 2、将第」组测量姿态与对应测量误差联立9ij、02j、03j、04j、0 5j、06j。关节式坐标测量 机测量姿态优化数据将有以上5000组测量姿态数据组成。
[0040] 3、对所有测量机测量姿态数据进行聚类分析，即将测量姿态和测量误差接近的测 量姿态数据汇聚在一起，形成多个簇。
[0041 ] 4、对所有簇内数据进行分析，计算簇i内平均测量误差δ?，若簇内含有k组样本，则 簇j内测量误差方差：
[0042]
[0043]计算簇内第j个关节转角~旋转范围Δ
[0044] Δ 0j=C|max(9j-min(9j) | ;j = l，2,3,4,5,6
[0045] 其中max(0j)，min(0j)分别为簇中第j个关节转角的最大值和最小值，C为测量姿态 关节转角范围权值，为了保证测量精度，一般情况下C应小于1。姿态优化后第j个关节转角 旋转边界Θ jmax j 9jmin分别为：
[0046]
[0047]
[0048] 5、最后根据各个簇的测量平均误差，测量误差方差，簇内样本数对簇进行提取。若 方差过大，解决方法有两个：1)由于采样不均匀导致的方差过大，可以通过增加采样点，并 且减小每次采样各转角旋转的角度来降低这种的影响;2)在簇中关节转角旋转范围下误差 波动大，可以考虑弃用这个簇或加大姿态验证的样本量
[0049] 通过本发明的采用自主设计的关节式坐标测量机姿态优化装置，其上的锥孔及孔 矩可计算重复性测量精度。
[0050] 具备简单易行的采样策略，将姿态优化装置放置在待测空间内，测量姿态优化装 置不同面上的100个测量点，每个点使用不同测量姿态测量测量50次。测量过程中可通过调 节旋钮或旋转、移动姿态优化装置以得到测量空间内更多的采样点。
[00511本发明方法的特点还在于：
[0052]将姿态优化装置放置在待测空间内，测量姿态优化装置不同面上的50个测量点， 每个点使用不同测量姿态测量测量50次。
[0053]将姿态优化装置放置在待测空间内，测量姿态优化装置不同面上的100个测量点， 每个点使用不同测量姿态测量测量100次。
[0054] 将姿态优化装置放置在待测空间内，测量姿态优化装置不同面上的50个测量点， 每个点使用不同测量姿态测量测量100次。
[0055] 通过本发明的关节式坐标测量机的测量姿态优化方法，姿态优化后由偏心误差导 致的测量误差减小约35%，测量误差方差缩小约18倍。
[0056] 结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员 都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均 由权利要求所限定。
【主权项】
1. 一种关节式坐标测量机的测量姿态优化方法，包括以下步骤： a) 测量姿态优化过程 将姿态优化装置放置在待测空间内，使用关节式坐标测量机对姿态优化测量装置上不 同面上的多个锥孔以不同测量姿态进行测量，每个锥孔测量多次，得到测量样本； 计算每个采样点数据的重复精度，并与六个关节转角值组成关节式坐标测量机姿态优 化数据，并对数据进行处理； 借助关节式坐标测量机的辅助支架在处理后测量姿态下对待测物进行测量;或在处理 后测量姿态下对待测物进行多次测量，再将测量姿态结果以外的数据滤去得到测量机姿态 优化后的待测物测量数据； b) 数据处理过程 通过D-Η模型计算第j组测量姿态θυ、02j、03j、04j、0 5j、06j下对应的测头坐标Xj、yj、Zj，计 算对应采样点i的至少50组数据坐标平均值&、??、為，将每个采样点测量至少50次的坐 标平均值作为坐标真值，并使用其来计算该测量姿态下的测量误差将第j组测量姿态与对应测量误差联立9lj、02j、03j、04j、05j、06j、，关节式坐标测量机测 量姿态优化数据将有以上至少5000组测量姿态数据组成； 对所有测量机测量姿态数据进行聚类分析，即将测量姿态和测量误差接近的测量姿态 数据汇聚在一起，形成多个簇； 对所有簇内数据进行分析，计算簇i内平均测量误差&，若簇内含有k组样本，则簇j内测 量误差方差计算簇内第j个关节转角旋转范围Δ其中max(0j)，min(0j)分别为簇中第j个关节转角的最大值和最小值，C为测量姿态关节 转角范围权值，为了保证测量精度，一般情况下C应小于1，姿态优化后第j个关节转角旋转 边界Θ jmax 7 9jmin分别为：最后根据各个簇的测量平均误差，测量误差方差，簇内样本数对簇进行提取。2. 根据权利要求1所述的优化方法，在所述测量姿态优化过程中，将姿态优化装置放置 在待测空间内，测量姿态优化装置不同面上的50个测量点，每个点使用不同测量姿态测量 测量50次。3. 根据权利要求1所述的优化方法，在所述测量姿态优化过程中，将姿态优化装置放置 在待测空间内，测量姿态优化装置不同面上的100个测量点，每个点使用不同测量姿态测量 测量1〇〇次。4.根据权利要求1所述的优化方法，在所述测量姿态优化过程中，将姿态优化装置放置 在待测空间内，测量姿态优化装置不同面上的50个测量点，每个点使用不同测量姿态测量 测量1〇〇次。
【专利摘要】本发明提供了一种关节式坐标测量机的测量姿态优化方法，包括以下步骤：a)测量姿态优化过程：将姿态优化装置放置在待测空间内，使用关节式坐标测量机对姿态优化测量装置上不同面上的多个锥孔以不同测量姿态进行测量；计算每个采样点数据的重复精度，并与六个关节转角值组成关节式坐标测量机姿态优化数据，并对数据进行处理；借助关节式坐标测量机的辅助支架在处理后测量姿态下对待测物进行测量；b)数据处理过程：通过D-H模型计算第j组测量姿态θ1j、θ2j、θ3j、θ4j、θ5j、θ6j下对应的测头坐标xj、yj、zj，计算对应采样点i的至少50组数据坐标平均值。
【IPC分类】G01B21/00
【公开号】CN105674927
【申请号】CN201511026448
【发明人】祝连庆, 郭阳宽, 潘志康, 董明利, 娄小平, 刘超, 汪金鹏
【申请人】北京信息科技大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月31日