【摘要】：隨著制造業(yè)向自動(dòng)化、智能化方向的發(fā)展,生產(chǎn)過程中對在線測量的精度和效率要求越來越高。對大型工件尤其是不規(guī)則外形工件測量的需求越來越多,坐標(biāo)測量機(jī)是解決該需求的重要途徑,關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)因操作靈活、便于操控而獲得應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,誤差來源并不單一,其測量誤差尤其是自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂測量機(jī)測量誤差方面的研究相對較少,難以滿足進(jìn)一步提高產(chǎn)品加工質(zhì)量的實(shí)際需求,亟待開展這方面的研究。本文以自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂測量機(jī)為研究對象,采用理論分析、模擬仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式,對臂桿變形對關(guān)節(jié)臂測量機(jī)的精度影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究,開展的主要工作和研究成果如下:(1)為建立關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)數(shù)學(xué)模型,論文對比了D-H模型、Hayati改進(jìn)的D-H模型、MD-H模型、旋量指數(shù)積模型等各自特點(diǎn),優(yōu)選出旋量指數(shù)積作為自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)建模工具,建立了基于旋量指數(shù)積的坐標(biāo)測量數(shù)學(xué)模型,為關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)測量的精度分析提供理論依據(jù)。(2)理想情況下可將自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)視為剛體,利用各關(guān)節(jié)處的圓盤光柵傳感器檢測關(guān)節(jié)兩臂桿間的相對旋轉(zhuǎn)角,借助數(shù)學(xué)模型獲得以基座為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)中末端測頭位置信息。對于實(shí)際的自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī),自重使臂桿產(chǎn)生彈性變形,導(dǎo)致末端測頭偏離理想位置,從而出現(xiàn)測量誤差。論文借助虛功原理,利用關(guān)節(jié)間力的平移法以及測量機(jī)姿態(tài)與力學(xué)變形間的關(guān)系,建立了自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)變形體模型,給出力變形誤差的計(jì)算方法。(3)設(shè)計(jì)并研制了自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量試驗(yàn)樣機(jī),提出基于光纖光柵應(yīng)變傳感技術(shù)的臂桿變形檢測新方法。受軸向力、徑向力、彎矩和扭矩的共同作用下,利用臂桿外側(cè)面六個(gè)軸向粘貼的光纖光柵應(yīng)變傳感器和一個(gè)斜向粘貼的光纖光柵應(yīng)變傳感器,通過對所測應(yīng)變進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)對臂桿復(fù)合載荷的分離與檢測。所測載荷代入變形體模型獲得測算誤差,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明監(jiān)測方法準(zhǔn)確、合理,能客觀準(zhǔn)確描述關(guān)節(jié)臂測量機(jī)的靜態(tài)誤差規(guī)律,為后續(xù)的研究提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。圖[59]表[23]參[50]。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH721
【圖文】：

測量范圍不大，但精度相對較高。盡管兩者在結(jié)構(gòu)形式上差別明顯，定了關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的基本形式。表 1 三坐標(biāo)測量機(jī)與關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)特性Table 1 Characteristic of CMM and articulated arm coordinate measuring machine對比項(xiàng)目 三坐標(biāo)測量機(jī) 關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)體積 大，需專門測量室 小、輕測量精度 高 較高測量死角 很多 極少操作難度 需專門培訓(xùn) 較易可搬運(yùn)性 基本不能移動(dòng) 非常方便環(huán)境適應(yīng)性 對溫度、濕度、振動(dòng)等有要求 要求較少被測物適應(yīng)性 體積小且形狀規(guī)則 幾乎無特殊限制在線測量可能性 很難實(shí)現(xiàn) 較易

(a) Faro 關(guān)節(jié)臂測量機(jī) (b)Hexagon 關(guān)節(jié)臂測量機(jī)圖 2 Faro、Hexagon 關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)Fig. 2 Faro and Hexagon articulated arm coordinate measuring machinearo 的 Quantum 系列提供了一個(gè)用來放置被測物的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，起到第八個(gè)。QuantumS 是三個(gè)系列中精度最高的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)，在測量范圍 構(gòu)情況下精度可達(dá)到 0.008mm。exagon 關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)在關(guān)節(jié)處使用了絕對編碼器作為計(jì)量關(guān)節(jié)角度是一款無需預(yù)熱、無需回零開機(jī)即可使用的坐標(biāo)測量機(jī)，其 Compact 型甚至可達(dá) 0.006mm。 1999 年以來國內(nèi)有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、天津大學(xué)、合肥工業(yè)大者開展關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)研發(fā)。1997 年車仁生[7]教授率先開展對關(guān)節(jié)式的研究，周雄輝[8]設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)并對結(jié)構(gòu)參數(shù)和誤差進(jìn)行分析總結(jié)得到系統(tǒng)誤差模型和隨機(jī)誤差模型，王學(xué)影[9]在博士臂式坐標(biāo)測量機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對各桿長比例進(jìn)行優(yōu)化。王春花[10

安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)方面，汪平平[11]使用非線性最小二乘法對關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)使用模擬退火法對關(guān)節(jié)臂進(jìn)行標(biāo)定，程文濤[13]分別使用venberg-Marquarat 法對關(guān)節(jié)臂測量機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定并進(jìn)行點(diǎn)法對關(guān)節(jié)臂測量機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定。差方面，鄭大騰[15]認(rèn)為六個(gè)圓光柵傳感器的誤差特性不的空間三維誤差形如的“果仁式”誤差分布，波蘭學(xué)者 Jerz標(biāo)測量機(jī)測量點(diǎn)不確定度為橢球如圖 3 所示。秦自瑞[17]分萬侃然、江超等[18][19]研究關(guān)節(jié)臂測量機(jī)最佳測量區(qū)，提出關(guān)節(jié)的零位進(jìn)行合理匹配可以有效提高關(guān)節(jié)臂測量機(jī)的測

【參考文獻(xiàn)】

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1 于連棟;魯思穎;張煒;趙會(huì)寧;;平行雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)連桿微變形測量系統(tǒng)[J];電子測量與儀器學(xué)報(bào);2015年11期

2 黃勇剛;杜力;黃茂林;;基于旋量理論的機(jī)器人誤差建模方法[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

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2 胡毅;關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機(jī)熱變形誤差建模及修正研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2011年

3 鄭大騰;柔性坐標(biāo)測量機(jī)空間誤差模型及最佳測量區(qū)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

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1 黃煒;自驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)關(guān)節(jié)模塊研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

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3 江華;基于光纖光柵傳感的鉆桿扭矩測量技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

4 徐方;碳纖維管狀立體織物復(fù)合材料機(jī)械性能的實(shí)驗(yàn)與研究[D];東華大學(xué);2013年

5 秦自瑞;圓分度誤差匹配技術(shù)在柔性關(guān)節(jié)臂最佳測量區(qū)優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

6 周雄輝;柔性坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與精度研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 王春花;柔性坐標(biāo)測量機(jī)的設(shè)計(jì)和研制[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2749922