基于拉线位移传感器的动态空间位置测量方法.pdf

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1、2014年3月机械设计与制造工程Mar．2014第43卷第3期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．3DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．03．015基于拉线位移传感器的动态空间位置测量方法龚成，陈文亮，张得礼(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：通过对动态空间位置测量系统国内外现状的研究，提出了一种基于拉线位移传感器的动态空间位置测量方法，在分析了不同布局形式模型结构特点的基础上，确定了动态空间位置测量系统的布局方式，构

2、建了基于拉线位移传感器的测量系统模型，最后详细阐述了动态空间位置测量系统的组成以及测量方法。关键词：动态空间位置；拉线传感器；测量系统；模型中图分类号：TH721文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)03—0057—05动态空间位置测量是测量技术的一个新的发础，以测量点的三维空间位置坐标为研究对象，通展方向，已经成为制造业中的一项重要技术，在航过能够测量的已知量解算出测量点的空间位置坐空航天、船舶工业、汽车制造、精密加工、逆向工程标。等领域占有重要的地位¨J。动态测量方法多种1．1布局形式选择多样，其原理也各不相同

3、。由于软、硬件配置，数据动态空间位置测量系统布局形式的选择是测类型及数据处理方式不同，不同的测量方式在测量量系统设计的一个重要方面，它是测量系统的数学精度、效率和经济性等方面也是千差万别。模型建立的根本依据，并决定了测量精度以及影响针对动态空间位置测量系统，国内外已经展开因素，对于空间测量会产生直接的影响。本课题中了广泛的研究：StephanSpiess．J．R．Mayer等人提以拉绳位移传感器为测量基础进行设计，应充分考出了基于激光跟踪仪的动态空间位置测量方虑其设计特点与使用要求。法_3]，并对其布局和性能进行了详细分析；赵磊空

4、间位置测量系统的布局形式有多种多样，不采用了三坐标测量仪进行空间动态测量，并对其动同的布局形式均能够实现空间点坐标测量的要求，态误差进行了分析J。三坐标测量仪能够完成物在这里根据测量底座基准点个数的不同对布局方体的高精度静态测量，但是在测量动态目标的过程式进行分类研究，主要可以分为一站法、二站法、三中由于其体积、质量较大，易在运动过程中引起运站法以及四站法H。动部件的弯曲变形或使各部件绕气浮导轨连接处1．1．1一站法发生偏转而产生误差，同时与被测物体紧密接触还一站法在空间位置测量系统中应用广泛，它以会直接影响被测物体的动态特性。目

5、前，动态空间激光跟踪仪为主要代表，该方法在应用的过程中具位置测量精度最高的是采用激光跟踪仪实现的，但有测量方便、快捷，模型计算简单等特点。但是一是由于目前工业机器人特别是小型工业机器人需站法在使用过程中不仅需要得到长度量，还需要获求量极大，使用频率高且磨损较快，如果均采用激得测量基准点与被测点间的两个角度值。光跟踪仪进行动态测量则成本过高，难以大面积推以激光跟踪仪为例，图1所示为一站法的数学广。为此，本文提出了一种基于拉线位移传感器的模型，0点为测量坐标系的中心点，P点为被测坐动态空间位置测量系统。标点。通过测量可以得到被测点P的

6、垂直方向角度为，水平方向角度为。通过激光跟踪仪可以获得1测量系统模型建立0点至P点的距离为d，则可以假设P点的坐标为测量系统模型的建立以系统运动特性为基(，Y，)。根据系统模型可以用(，，d)直接计算收稿日期：2014—01—02作者简介：龚成(1987一)，男，湖北洪湖人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为飞机装配技术。·57·2014年第43卷机械设计与制造工程出被测点坐标P的空间位置坐标值，从而得到被(rP一)：=1，2，3(1)测点的空间位置坐标。图1一站法测量数学模型图3三站测量模型1．1．4四站法采用一站法能够

7、快速确定测量点空间位置坐根据三站法数学模型可以发现，仅需3个长度标，测量系统适应性强，只要被测点与基站能够通量即可确定被测点的空间位置坐标，而四站法在使视即可完成测量，计算过程简单。但是一站法对于用过程中，在三站法的基础上增加了1个长度量，距离及角度传感器要求较高，当系统及设备存在误通过这个量可以对坐标点进行多次运算，从而达到差时难以进行补偿和修正。1．1．2二站法校核被测点的目的，最后可以通过最小二乘法分析该点的空间位置坐标，从而达到提高测量系统精度二站法也称为三角法，在该测量方法中设有2的目的。四站法的基本方程如下：个测量基准

8、点，与被测目标点构成一个测量三角(，一，．)=z=1，2，3，4；=1，2，⋯，(2)形，如图2所示。在该测量方法中，通过获得测量点与两基准点的长度。，￡：以及三角平面与基准式中：n是被测点的个数；表示第i个被测点的空问坐标向量；f表示第．个目标点