專利名稱：一種平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測試技術及儀器領域，特別涉及一種平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸 平行度標定方法。
背景技術：
三坐標測量機至今經(jīng)歷了許多年的發(fā)展，廣泛應用于航空航天、機械電子、汽車制 造的領域中，對零部件的尺寸、形狀和相對位置等進行測量。三坐標測量機主要包括正交式 三坐標測量機和非正交式三坐標測量機兩種。其中正交式三坐標測量機以正交坐標系為基 礎設計，包括三根相互垂直的導軌和一個工作平臺，利用接觸的方法來確定被測工件特征 點的坐標及相互關系。在非正交坐標測量機中，目前具有影響力的主要是關節(jié)臂式坐標測量機和平行雙 關節(jié)坐標測量機。平行雙關節(jié)坐標測量機的優(yōu)點為測量機整體質量輕，便于攜帶和在線檢 測。參見圖1，現(xiàn)有技術中的平行雙關節(jié)坐標測量機主要包括第一旋轉關節(jié)1、大連接板2、 第二旋轉關節(jié)3、小連接板4、直線關節(jié)5手臂6和觸發(fā)測頭7，大連接板2連接第一旋轉關 節(jié)1和第二旋轉關節(jié)3，小連接板4連接第二旋轉關節(jié)3和直線關節(jié)5，直線關節(jié)5底部安 裝了一個觸發(fā)測頭7，用于采集讀數(shù)。由于加工、安裝誤差等因素的影響，使得平行雙關節(jié)坐 標測量機存在很多系統(tǒng)誤差，如各個運動軸的平行度、連接板的長度、零點等，它們實際的 尺寸與設計的理論值相差很大，必須通過標定的方法，得到各系統(tǒng)誤差的具體數(shù)值，然后對 測量模型進行修正補償，才能使平行雙關節(jié)坐標測量機具有較高的精度。通過查閱相關文獻，平行雙關節(jié)坐標測量機的平行度標定方法主要有參數(shù)測定 法，參數(shù)測定法的基本思想用平行雙關節(jié)坐標測量機測量空間已知的坐標點，根據(jù)數(shù)學模 型列出帶有誤差項的方程組，然后利用最小二乘法進行求解，得到各個誤差項的具體數(shù)值。 但是參數(shù)測定法中所列的方程組較大，空間已知的坐標點如果分布不當，得出的結果誤差 較大，嚴重時，最小二乘法求解將不會收斂，以至于得不到方程的解；或者，即使最小二乘法 求解收斂，得到的平行度標定誤差也很大，平行度標定精度不高。
發(fā)明內容
為了最大限度的減小平行度標定誤差，提高平行度標定精度，本發(fā)明提供了一種 平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，所述方法包括以下步驟(1)調整第一旋轉軸與平臺在X-Z平面內的垂直度；(2)固定第一測長儀和第二測長儀，使所述第一測長儀和所述第二測長儀在一條 直線上；(3)通過標準棒標定所述第一測長儀的第一讀數(shù)Δ al和所述第二測長儀的第一 讀數(shù)ΔΜ ；(4)固定第二旋轉軸；(5)直線關節(jié)的行程至第一閾值；
(6)所述第二測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號 鎖存所述第二測長儀的第二讀數(shù)Δ132 ；(7)所述直線關節(jié)圍繞所述第一旋轉軸旋轉180度；(8)所述第一測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由所述觸發(fā)測頭的觸發(fā) 信號鎖存所述第一測長儀的第二讀數(shù)；(9)通過第一計算公式獲取觸發(fā)測頭在所述直線關節(jié)行程至所述第一閾值時，距 離所述第一旋轉軸的旋轉中心的距離Cl1 ；(10)將所述直線關節(jié)行程至第二閾值；(11)通過所述直線關節(jié)上的光柵尺獲取所述第一閾值和所述第二閾值之間的距 離h ；(12)所述第二測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號 鎖存所述第二測長儀的第三讀數(shù)八b3 ；(13)所述直線關節(jié)圍繞所述第一旋轉軸旋轉180度；(14)所述第一測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號 鎖存所述第一測長儀的第三讀數(shù)；(15)通過第二計算公式獲取觸發(fā)測頭在所述直線關節(jié)行程至所述第二閾值時，距 離所述第一旋轉軸的旋轉中心的距離d2 ；(16)通過第三計算公式獲取所述直線關節(jié)與所述第一旋轉軸之間在XOZ平面內 徑向的平行度。所述第一計算公式具體為Cl1 = L+( Aal-Δ a2) + ( Abl-Δ 1^2)，其中，L 為標準棒的長度。所述第二計算公式具體為d2 = L+(Aal-Aa3) + (Abl-Ab3)，其中，L 為標準棒的長度。所述第三計算公式具體為θ = Ad/h，其中，Ad = Cl2-C^本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，借助直線關 節(jié)可上下移動的特性，采用第一旋轉軸旋轉180度，通過直線關節(jié)在第一閾值位置和第二 閾值位置的測量值、觸發(fā)測頭在直線關節(jié)行程至第二閾值時距離第一旋轉軸的旋轉中心的 距離、觸發(fā)測頭在直線關節(jié)行程至第一閾值時距離第一旋轉軸的旋轉中心的距離計算第一 旋轉軸和直線關節(jié)在XOZ平面內的平行度，在標定第一旋轉軸的同時，固定第二旋轉軸，避 免第二旋轉軸對標定的影響，通過實驗驗證，可以使得平行度標定精度達到1. 2ym/250mm， 提高了平行度標定精度、最大限度的減少了平行度標定誤差，標定方法簡單可靠，滿足了實 際應用中的需要。
圖1為現(xiàn)有技術提供的平行雙關節(jié)坐標測量機的結構示意圖；圖2為本發(fā)明提供的平行雙關節(jié)坐標測量機的分析示意圖；圖3為本發(fā)明提供的平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法的流程圖4為本發(fā)明提供的調整垂直度的示意圖；圖5為本發(fā)明提供的標準棒標定第一測長儀和第二測長儀的示意圖；圖6為本發(fā)明提供的直線關節(jié)的行程在第一閾值時的示意圖；圖7為本發(fā)明提供的直線關節(jié)的行程在第一閾值時圍繞第一旋轉軸旋轉的示意 圖；圖8為本發(fā)明提供的直線關節(jié)的行程在第二閾值時的示意圖；圖9為本發(fā)明提供的直線關節(jié)的行程在第二閾值時圍繞第一旋轉軸旋轉的示意 圖；圖10為本發(fā)明提供的平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法的另一流 程圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下1第一旋轉關節(jié)2 大連接板
3第二旋轉關節(jié)4 小連接板
5直線關節(jié)6:手臂
7觸發(fā)測頭8 平臺
9標準棒10 第一測長儀
11第二測長儀
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細描述。為了最大限度的減小標定誤差，提高標定精度，本發(fā)明實施例提供了一種平行雙 關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，詳見下文描述參見圖2，圖2為圖1的結構簡化圖，第一旋轉軸為Zl或Z2、第二旋轉軸為Z2或 ZUZ3為直線關節(jié)、7為觸發(fā)測頭、al為大連接桿的長度、a2為小連接桿的長度，本發(fā)明實施 例中的平行度包括第一旋轉軸Zl和直線關節(jié)在XOZ平面內的平行度；第一旋轉軸Z2 和直線關節(jié)Z3在XOZ平面內的平行度。實施例1以第一旋轉軸為Z1、第二旋轉軸為Z2為例，標定第一旋轉軸Zl和直線關節(jié)在 XOZ平面內的平行度，參見圖3，具體步驟詳見下文描述101 調整第一旋轉軸Zl與平臺8在X-Z平面內的垂直度；為了提高標定的精度，在進行標定之前可以對第一旋轉軸Zl與平臺8在X-Z平面 內的垂直度進行調整，參見圖4，固定第二旋轉軸，使得第一連接桿和第二連接桿在一條直 線上，利用直線關節(jié)Z3上的觸發(fā)測頭7測量平臺8的高度，平臺8的高度可以通過直線關 節(jié)Z3上的直線光柵尺獲得，直線關節(jié)圍繞第一旋轉軸Zl旋轉180度，利用直線關節(jié) 上的觸發(fā)測頭7再次測量平臺8的高度，通過對兩次平臺8高度的對比，調整第一旋轉軸Zl 與平臺8在X-Z平面內的垂直度。具體實現(xiàn)時還可以利用儀器、水泡等方式對垂直度進行 調整，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。102 固定第一測長儀10和第二測長儀11，使第一測長儀10和第二測長儀11在一條直線上；具體實現(xiàn)時，為了提高標定的精度，本發(fā)明實施例優(yōu)選不共線的角度小于0.5度。103 通過標準棒9標定第一測長儀10的第一讀數(shù)Aal和第二測長儀11的第一 讀數(shù)ΔΜ ；參見圖5，設標準棒9的長度為L，當標準棒9與第一測長儀10接觸時，第一測長 儀10的第一讀數(shù)為Aal ；當標準棒9與第二測長儀11接觸時，第二測長儀11的第一讀數(shù) 為 Abl。104 固定第二旋轉軸Z2 ；通過該步驟使得第二旋轉軸Z2不能轉動，使得大連接桿和小連接桿基本在一條 直線上。105 直線關節(jié)的行程至第一閾值；參見圖6，第一閾值根據(jù)實際中的應用情況來確定，第一閾值通常為直線關節(jié) 的最大行程。106 第二測長儀11與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第二測長儀11的第二讀數(shù)Δ132 ；設觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信號鎖存第二測長儀11的第二讀數(shù)為Δ W。107 直線關節(jié)圍繞第一旋轉軸Zl旋轉180度；其中，該步驟中的旋轉方向可以為順時針方向旋轉或逆時針方向旋轉，具體實現(xiàn) 時，本發(fā)明實施例對此不做限制，參見圖7，本發(fā)明實施例以順時針方向旋轉為例進行說明。108 第一測長儀10與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第一測長儀10的第二讀數(shù)；設觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信號鎖存第一測長儀10的第二讀數(shù)為Δ a2。109 通過第一計算公式獲取觸發(fā)測頭7在直線關節(jié)行程至第一閾值時距離第 一旋轉軸Zl的旋轉中心的距離Cl1 ；其中，第一計算公式為=Cl1= L+(Aal-Aa2) + (Abl-Ab2)0110 將直線關節(jié)Ti行程至第二閾值；參見圖8，第二閾值根據(jù)實際中的應用情況來確定，第二閾值通常為直線關節(jié) 的最小行程。111 通過直線關節(jié)Ti上的光柵尺獲取第一閾值和第二閾值之間的距離h ；其中，距離h的取值等于第一閾值和第二閾值之間的差值。112 第二測長儀11與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第二測長儀11的第三讀數(shù)；設觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信號鎖存第二測長儀11的第三讀數(shù)為Ab3。113 直線關節(jié)圍繞第一旋轉軸Zl旋轉180度；其中，該步驟中的旋轉方向可以為順時針方向旋轉或逆時針方向旋轉，具體實現(xiàn) 時，本發(fā)明實施例對此不做限制，參見圖9，本發(fā)明實施例以順時針方向旋轉為例進行說明。114 第一測長儀10與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第一測長儀10的第三讀數(shù)；設觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信號鎖存第一測長儀10的第三讀數(shù)為Δ a3。
115 通過第二計算公式獲取觸發(fā)測頭7在直線關節(jié)Ti行程至第二閾值時距離第 一旋轉軸Zl的旋轉中心的距離d2 ；其中，第二計算公式為d2= L+(Aal-Aa3) + (Abl-Ab3)0116:通過第三計算公式獲取直線關節(jié)D與第一旋轉軸Zl之間在XOZ平面內徑向 的平行度。其中，第三計算公式為θ = (Cl2-Cl1)A = Ad/h。綜上所述，通過直線關節(jié)在第一閾值位置和第二閾值位置的測量值、觸發(fā)測頭 7在直線關節(jié)Z3行程至第二閾值時距離第一旋轉軸Zl的旋轉中心的距離、觸發(fā)測頭7在 直線關節(jié)Z3行程至第一閾值時距離第一旋轉軸Zl的旋轉中心的距離，計算第一旋轉軸Zl 和直線關節(jié)Z3在XOZ平面內徑向的平行度，通過實驗驗證，可以使得平行度標定精度達到 1.2 μ m/250mm，提高了平行度標定精度、最大限度的減少了平行度標定誤差，平行度標定方 法簡單可靠，滿足了實際應用中的需要。實施例2以第一旋轉軸為Z2、第二旋轉軸為Zl為例，標定第一旋轉軸Z2和直線關節(jié)在 XOZ平面內的平行度，參見圖10，具體步驟詳見下文描述201 調整第一旋轉軸Z2與平臺8在X-Z平面內的垂直度；為了提高標定的精度在進行標定之前可以對第一旋轉軸Z2與平臺8在X-Z平面 內的垂直度進行調整，詳細描述參見實施例1，在此不再贅述。202 固定第一測長儀10和第二測長儀11，使第一測長儀10和第二測長儀11在
一條直線上；203 通過標準棒9標定第一測長儀10的第一讀數(shù)Aal和第二測長儀11的第一 讀數(shù)ΔΜ ；204 固定第二旋轉軸Zl ；通過該步驟使得第二旋轉軸Zl不能轉動。205 直線關節(jié)Ti的行程至第一閾值；206 第二測長儀11與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第二測長儀11的第二讀數(shù)Δ132 ；207 直線關節(jié)Ti圍繞第一旋轉軸Z2旋轉180度；其中，該步驟中的旋轉方向可以為順時針方向旋轉或逆時針方向旋轉，具體實現(xiàn) 時，本發(fā)明實施例對此不做限制，本發(fā)明實施例以順時針方向旋轉為例進行說明。208 第一測長儀10與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第一測長儀11的第二讀數(shù)；209 通過第一計算公式獲取觸發(fā)測頭7在直線關節(jié)行程至第一閾值時距離第 一旋轉軸Z2的旋轉中心的距離Cl1 ；210 將直線關節(jié)Ti行程至第二閾值；211 通過直線關節(jié)上的光柵尺獲取第一閾值和第二閾值之間的距離h ；212 第二測長儀11與直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第二測長儀11的第三讀數(shù)八b3 ；213 直線關節(jié)Ti圍繞第一旋轉軸Z2旋轉180度；
214 第一測長儀10與直線關節(jié)Τ 上的觸發(fā)測頭7接觸，由觸發(fā)測頭7的觸發(fā)信 號鎖存第一測長儀10的第三讀數(shù)；215 通過第二計算公式獲取觸發(fā)測頭7在直線關節(jié)行程至第二閾值時距離第 一旋轉軸Z2的旋轉中心的距離d2 ；216 通過第三計算公式獲取直線關節(jié)與第一旋轉軸Z2之間在XOZ平面內徑向 的平行度。綜上所述，通過直線關節(jié)在第一閾值位置和第二閾值位置的測量值、觸發(fā)測頭 7在直線關節(jié)Z3行程至第二閾值時距離第一旋轉軸Z2的旋轉中心的距離、觸發(fā)測頭7在 直線關節(jié)Z3行程至第一閾值時距離第一旋轉軸Z2的旋轉中心的距離，計算第一旋轉軸 Z2和直線關節(jié)在XOZ平面內的平行度，通過實驗驗證，可以使得平行度標定精度達到 1. 2 μ m/250mm，提高了平行度標定精度、最大限度的減少了平行度標定誤差，平行度標定方 法簡單可靠，滿足了實際應用中的需要。本領域技術人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例 序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，其特征在于，所述方法包括 以下步驟(1)調整第一旋轉軸與平臺在X-Z平面內的垂直度；(2)固定第一測長儀和第二測長儀，使所述第一測長儀和所述第二測長儀在一條直線上；(3)通過標準棒標定所述第一測長儀的第一讀數(shù)Aal和所述第二測長儀的第一讀數(shù) Abl ；(4)固定第二旋轉軸；(5)直線關節(jié)的行程至第一閾值；(6)所述第二測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號鎖存 所述第二測長儀的第二讀數(shù)Δ132 ；(7)所述直線關節(jié)圍繞所述第一旋轉軸旋轉180度；(8)所述第一測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由所述觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號 鎖存所述第一測長儀的第二讀數(shù)；(9)通過第一計算公式獲取觸發(fā)測頭在所述直線關節(jié)行程至所述第一閾值時，距離所 述第一旋轉軸的旋轉中心的距離Cl1 ；(10)將所述直線關節(jié)行程至第二閾值；(11)通過所述直線關節(jié)上的光柵尺獲取所述第一閾值和所述第二閾值之間的距離h；(12)所述第二測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號鎖存 所述第二測長儀的第三讀數(shù)；(13)所述直線關節(jié)圍繞所述第一旋轉軸旋轉180度；(14)所述第一測長儀與所述直線關節(jié)上的觸發(fā)測頭接觸，由觸發(fā)測頭的觸發(fā)信號鎖存 所述第一測長儀的第三讀數(shù)；(15)通過第二計算公式獲取觸發(fā)測頭在所述直線關節(jié)行程至所述第二閾值時，距離所 述第一旋轉軸的旋轉中心的距離d2 ；(16)通過第三計算公式獲取所述直線關節(jié)與所述第一旋轉軸之間在XOZ平面內徑向 的平行度。
2.根據(jù)權利要求1所述的平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，其特征在 于，所述第一計算公式具體為Cl1 = L+( Aal-Δ a2) + ( Abl-Δ 1^2)，其中，L 為標準棒的長度。
3.根據(jù)權利要求2所述的平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，其特征在 于，所述第二計算公式具體為d2 = L+(Aal-Aa3) + (Abl-Ab3)，其中，L 為標準棒的長度。
4.根據(jù)權利要求3所述的平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，其特征在 于，所述第三計算公式具體為θ = Ad/h，其中，Ad = Cl2-Cl1 ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平行雙關節(jié)坐標測量機的旋轉軸平行度標定方法，涉及測試技術及儀器領域。本發(fā)明借助直線關節(jié)可上下移動的特性，采用第一旋轉軸旋轉180度，通過直線關節(jié)在第一閾值位置和第二閾值位置的測量值、觸發(fā)測頭在直線關節(jié)行程至第二閾值時距離第一旋轉軸的旋轉中心的距離、觸發(fā)測頭在直線關節(jié)行程至第一閾值時距離第一旋轉軸的旋轉中心的距離，計算第一旋轉軸和直線關節(jié)在XOZ平面內徑向的平行度，在標定第一旋轉軸的同時，固定第二旋轉軸，避免第二旋轉軸對平行度標定的影響，通過實驗驗證，可以使得標定精度達到1.2μm/250mm，提高了平行度標定精度、最大限度減少了標定誤差，標定方法簡單可靠，滿足實際應用中的需要。
文檔編號G01B5/004GK102072693SQ20101055020
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者張國雄, 李杏華, 裘祖榮, 郭敬濱 申請人:天津大學