关节臂式坐标测量机测量力误差分析及补偿.pdf

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1、第３８卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ５２０１７年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１７关节臂式坐标测量机测量力误差分析及补偿罗哉，刘晖，田，李冬（中国计量大学计量测试工程学院杭州３１００１８）摘要：针对接触测量力对关节臂式坐标测量机（ＡＡＣＭＭ）测量精度的影响展开研究。对测量力引起的长度测量误差进行理论和实验分析，得到测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形是影响关节臂式坐标测量机测头精度的主要因素。建立了关节臂式坐标测量机测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形的数学模型，并对测量结果进行了测量力误差补偿。实验结果研究表明，

2、测量力引起的误差对接触式关节臂式坐标测量机测量精度影响很大。通过本研究成果，可在很大程度上补偿测量力引起的误差：平均长度测量误差降低８２％左右，最大误差降低约４７μｍ，有效地提高了关节臂式坐标测量机的测量精度。关键词：关节臂式坐标测量机；测量力；测杆弯曲变形；误差补偿中图分类号：ＴＨ７２１文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０ＥｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄａｒｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅＬｕｏＺａｉ，ＬｉｕＨｕｉ，ＴｉａｎＫｕｎ，ＬｉＤｏｎｇ（Ｃｏｌｌｅｇｅ

3、ｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙ＆ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆＡＡＣＭＭｂａｓｅｄｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓｆｏｃｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｌｅｎｇｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃａｕｓｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｌｏｃａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｂｅａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｂｊｅｃｔａｎｄｔｈ

4、ｅｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｒｏｄａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆＡＡＣＭＭ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｄａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｗｉｔｈｆｏｒｃｅｅｒｒｏｒ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｅｒｒｏｒｃａｕｓｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅｃａｎｂｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｔｏａｇｒｅａｔｅｘｔｅｎｔ：ｔ

5、ｈｅａｖｅｒａｇｅｌｅｎｇｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ８２％，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｒｒｏｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙａｂｏｕｔ４７ｕｍ，ｗｈｉｃｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆＡＡＣＣＭ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄａｒｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ（ＡＡＣＭＭ）；ｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｒｏｄ；ｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ视。测头系统是关节臂式坐标测量机的关键部件，测头１引言精度的高低很大程度上决定了关节臂的测量重复性及精［５］度。测量过程中

6、，为保证测头与被测件表面的可靠接关节臂式坐标测量机（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄａｒｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ触，测头必须以一定测量力作用于被测件表面，这使得测ｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ＡＡＣＭＭ）是一种基于旋转关节和转头与被测件表面产生接触变形，测杆在力的作用下会产［６］动臂的三坐标测量系统，以角度测量基准取代长度测量生弯曲变形。通常，可以通过定期对测头进行校准，以基准，与传统的三坐标测量机相比具有机械结构简单、体保证测头的测量精度。但是，目前校准过程中通常忽略测积小、效率高、重量轻、测量范围大、灵活方便、造价低、能量力的影响，研究表明接触测量力是影响坐标测量机测量［１］精度的一个关键性

7、因素，不能忽略。够进行现场测量等优点，广泛应用于航空航天、飞机、［７］测头系统是高精度测量机的重要组成部分，国内汽车、船舶、机械加工等领域。目前，制约ＡＡＣＭＭ的主外学者对正交式坐标测量机的测头进行了深入的研究，要因素是其测量精度，最主要的为转角误差，包括圆光栅［２４］得出影响正交式测量机测头性能的因素主要有测头的几偏心误差、零位误差等，但测头系统的误差也不能忽收稿日期：２０１６１２ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１６１２基金