关节臂测量机的机械结构和空间误差补偿分析.pdf

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1、第28卷第8期计算机仿真2011年8月文章编号：1006—9348(2011)08—0196—06关节臂测量机的机械结构和空间误差补偿分析瑚b旭东(洛阳理工学院现代教育技术中心，河南洛阳471023)摘要：研究关节测量机优化测鼙精度fⅡ】题，目前关节臂测量机在测最技术上还不成熟，对关节臂补偿目前尚难。关节臂测量误差补偿传统的方法是采用最tb：s．乘法求解多个误差项目的最优解、求解角度、杆长、偏置、偏摆微分误差系数矩阵，在工程实践中这样做很难取得理想的效果。为解决卜述问题，提出采用D—H方法设计关节臂坐标测晕机的机械结构进行运动学建市模型并进行仿真，分析了各种运动学参数对关节

2、臂测量精度的影响，并对误差进行分离处理，使得测量精度达到0．05mm以内。结果表明满足了关节臂设计的要求。关键词：关节臂；测鞋机；误差补偿中图分类号：1∞91．9文献标识码：B．AralysisofSystemStructureandErrorCompensationofArticulatedarmCoordinateMeasuringMachineYAOXu—dong(LuoyangInstituteofScienceandTechnologyModemEducationTechnologyCenter，HenanLuoyang471023，China)ABSTRACT：

3、Presently，thetechnologyisnotmatureatall，andtheprimaryreasonisthecompensationforarmCMM．TraditionalmethodforcompensationusesLSTtocalculatethe甜lgle，polelength，anddeflectionerrorfordif-ferentialcoefficientmatrix，anditistoodifficulttobeappliedtotheactualwork．Toimprovethepoint，weriseD—Hmethodtoa

4、nalyzekinematicformerofthejointarmCMM'smachinestructure，whichCallalsosimulativelyanalyzetheinfectionofallthekinematicsparameterandseparatelyprocesstheerror8withthemeasur@precisionlessthan0．05ram．Theresultsshowthatthedesignmeetstherequirementsofarticulated81'111．KEYWOlIDS：ArticulatedaFni；Cr

5、am；Errorcompensationl引言伴随三坐标测量机生产和应用的成熟，以及更多测量需求，对关节臂三坐标的研究越来越多。关节臂测茸机，和机器人手臂很类似，主体结构是可旋转的关节和关节连接杆，在这个结构中，使用角度作为基准代替r传统的长度幕准。关节臂三坐标可以进行尺寸检测、扫描造型等多项任务，因其结构相对简单、霞鼍轻、最程较大、携带方便，适用于现场进行检测或者造型的优点，因此引起了很多科研机构或公司的关注、研究。在此主要还足研究关节臂测量机的研制和标定技术，以及关节臂的误差成阒和精度控制等内容。由于关节臂的误筹控制复杂，因此精度

6、：很难保证。截至目前，关节臂主要还足应

7、用在一些逆向工程设计等对精度要求相对较低的领域内，这就导致它的推广受到r很大的限制。收稿日期：2011—03一Ol修回日期：2011—07—18·--——196．-———关节臂主要的不足之处为其结构基本为串联，较容易产生误差以及误差传递，精度比桥式结构三坐标低一个数量级⋯。传统的误差补偿使用最小二乘法求解多个误差项目的最优解，但很难取得理想的效果，因此，如何分析关节臂误差成因和如何进行误差补偿是关节臂测最机最重要的技术之一。要想发挥出关节臂的优势，必须从关节臂的测量原理以及系统构成和误差模型的建立开始进行分析。对于关节臂的研究，目前基本仍在Denavit等所提的D—H模型上

8、做研究，此处在D—H模型基础七，结合新提出的旋量理论，对关节臂进行数据仿真分析，系统的分析了各个误差源对测量精度的影响旧1，对每个关节‘进行补偿，对误差进行分离处理，町使测量精度轻松达到0．05ram以内，满足关节臂市场化的需求。2关节臂测量原理和测量模型在坐标系的选择上，如图1所示，关节臂因为机械结构特性为极坐标(球型)，不同于传统桥式三坐标为圆柱(极坐标)。图1极坐标测量原理图在如图1的坐标系中，设定坐标系原点为0，设定点P为探头最终的触发信号点。极径长度为P，因此，在关节臂的关节点安装圆光栅，通过圆光栅的角度