关节式坐标测量机机械结构和测量误差研究

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1、华中科技大学硕士学位论文关节式坐标测量机机械结构和测量误差研究姓名：黄志东申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：黄树槐20050429摘要关节式坐标测量机是一种新型非笛卡尔坐标测量机可以广泛用于反求工程工业现场测量等领域相对于传统的坐标测量机它具有重量轻体积小便于携带和测量灵活性好等优点但是另一方面由于杆长对角度误差的放大作用和各个关节臂的位置误差的叠加作用使得关节式坐标测量机的测量精度相对传统坐标测量机较低所以提高仪器测量精度是关节式坐标测量机的关键性技术问题本文围绕提高仪器测量精度这个关键问题进行了以下几个方面的研究在仪器的机械结构设计上采取了以下办法减小测量误差采用碳

2、石墨纤维作为制造测量机杆件的材料以降低温度变换对测量精度的影响在各个关节处成对使用角接触轴承并施加一定的预紧力以增加关节旋转轴线的刚性尽量减小因关节晃动引起的测量误差在确定仪器各关节的坐标系统后利用空间齐次变换的原理建立了不考虑关节晃动情况下的测量运动方程并导出了系统结构参数误差方程在测量误差方程的基础上给出了三种对系统结构参数进行标定的方法在比较了三种方法的优缺点后提出了将它们结合起来使用以便实现三种方法的优势互补的思想为了使仪器达到更高的测量精度本文提出了应对关节轴晃动所致测量误差进行定量分析和研究的新思想在上面测量运动方程的基础上通过加入能描述关节旋转轴线的偏转晃动的空间齐次

3、变换矩阵建立了关节晃动所致测量误差的数学方程之后提出了一种化整为零的思路用以求解最大关节晃动误差并针对实际设计的仪器求出了最大测量误差的计算结果关键词关节式坐标测量机测量误差结构参数标定关节晃动IAbstractTheArticulatedCoordinateMeasuringMachineisanewtypeofnon-CartesianCMM,whichcanbeusedinmanyfieldssuchasReverseEngineeringandindustriallocalmeasuring.Comparedtotheconventionalcoordinatemeasur

4、ingmachine,theA-CMMislighter,compacterandportableCMM,andIthasmorefreedoms,whichassureitisagilewhenbeingusedoncoordinatemeasuring.Butontheotherside,Ithassomeshortcomings;becausemeasuringerrorsresultedbyangleerrorswillberemarkablymagnifiedbylengthoflinksandmeasuringerrorsofwillbeadded,themeasuri

5、ngaccuracyofA-CMMisquitelow,whichaccountfortheimportancetoelevatethemeasuringaccuracyofit.Aboutthisproblem,severalaspectsofresearcharecarriedinthisdissertation.Onmechanicaldesignofthelinksandjoints,thecountermeasurestolowmeasuringaccuracyofA-CMMinclude:makingthelinksbycarbonfibretominishtheeff

6、ectoffluctuantenvironmentaltemperatureonmeasuringaccuracy,usingtwoangularcontactballbearingtoformaback-to-backduplexbearingateveryjointtoreducedeviationofjointaxisandmeasuringerror.Afterfixingcoordinatesystemofeachjoint,MeasuringKinematicalEquationandMeasuringErrorEquationareestablishedaccordi

7、ngtotheprincipleofspatialhomogeneoustransformation.Onthisbase,threemethodsforthecalibrationofthestructuralparametersoftheinstrumentareputforwardinthispaper,andAfterthesemethodsbeingcompared,aschemeforcalibrationisbroughtforward,whichsyn