用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，包括作為標(biāo)準(zhǔn)件主體的正方體，正方體各個(gè)面上分別加工有多個(gè)錐窩，每個(gè)錐窩的錐角選值范圍為60-120°，且各個(gè)面上的錐窩的錐角和深度均相同。本發(fā)明標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確性高，使用時(shí)能有效減少測(cè)量環(huán)境溫度、加工精度、擬合誤差和采樣點(diǎn)分布引入的誤差，本發(fā)明基于常見(jiàn)基本幾何特征對(duì)待標(biāo)定的關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，提高了關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定效率，具有方便快捷，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及標(biāo)準(zhǔn)件領(lǐng)域，具體是一種用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件。

【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通常由各測(cè)量臂串聯(lián)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或線位移關(guān)節(jié)，從而形成開(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，開(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的末端為關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭。關(guān)節(jié)可繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或繞其軸線方向平移。為記錄關(guān)節(jié)變化量，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)都裝有角度傳感器或線位移傳感器。在使用測(cè)量機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，測(cè)量機(jī)的測(cè)頭坐標(biāo)是以測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)與各關(guān)節(jié)角度或線位移為變量的函數(shù)值。未標(biāo)定的關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭位置和理想值之間有很大的誤差。為了保證關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度，需要對(duì)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并加以修正。標(biāo)定過(guò)程即待被標(biāo)定關(guān)節(jié)類測(cè)量機(jī)與高精度測(cè)量?jī)x器或標(biāo)準(zhǔn)件比對(duì)的過(guò)程，獲取關(guān)節(jié)類測(cè)量機(jī)最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0003]目前，關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)常見(jiàn)的標(biāo)定方法有兩類:基于比對(duì)單點(diǎn)坐標(biāo)的標(biāo)定方法，以正交坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定法為代表；基于比對(duì)空間距離的標(biāo)定方法，以量塊、高精密標(biāo)準(zhǔn)球等為代表。各標(biāo)定方法及其相應(yīng)的缺點(diǎn)如下:
1.正交坐標(biāo)測(cè)量機(jī)單點(diǎn)標(biāo)定法:先將關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的姿態(tài)固定，應(yīng)用更高精度等級(jí)的正交坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提供其準(zhǔn)確坐標(biāo)，其自身提供同一姿態(tài)下的測(cè)頭坐標(biāo)值。改變其姿態(tài)，重復(fù)上述工作。通過(guò)比對(duì)這兩種測(cè)頭坐標(biāo)，利用最小二乘法逆向求解出關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的幾何參數(shù)。該方法的缺點(diǎn)是標(biāo)定模型復(fù)雜，標(biāo)定結(jié)果誤差較大；同時(shí)需要設(shè)計(jì)專門的夾具，增加了成本。
[0004]2.量塊標(biāo)定法:用待標(biāo)定的關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量高精度量塊的兩個(gè)端面，以獲取量塊的長(zhǎng)度與量塊的標(biāo)稱值進(jìn)行比對(duì)。同時(shí)可以改變量塊在測(cè)量空間中位姿，以獲得更多的測(cè)量位置的誤差信息。通過(guò)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算獲得關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的幾何參數(shù)。該方法的缺點(diǎn)是熱變形誤差較大；同時(shí)工作面的加工精度要求很高；而量塊在使用過(guò)程中，擬合誤差是不可避免的。
[0005]3.高精密標(biāo)準(zhǔn)球標(biāo)定:在球表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)采集并進(jìn)行球擬合得出球的半徑或者直徑與高精密標(biāo)準(zhǔn)球的標(biāo)稱值進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)也可以改變其在空間中的位置，以獲取更多的測(cè)量位姿的誤差信息。利用高斯-牛頓算法計(jì)算出關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。該方法的缺點(diǎn)是高精密標(biāo)準(zhǔn)球的加工成本高；同時(shí)測(cè)量過(guò)程中采樣點(diǎn)分布會(huì)引入誤差。
[0006]這些用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)件都是采用單一的特征(球、長(zhǎng)度等)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)待標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所采用的標(biāo)準(zhǔn)件和關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所測(cè)量的基本幾何特征相似。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，以解決現(xiàn)有技術(shù)用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)件存在的問(wèn)題。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為: 用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，其特征在于:包括作為標(biāo)準(zhǔn)件主體的正方體，所述正方體各個(gè)面上分別加工有多個(gè)錐窩，每個(gè)面上的錐窩分別呈正方形陣列分布，且正方形邊沿與所在的面的對(duì)應(yīng)方向邊沿平行，每個(gè)錐窩的錐角選值范圍為60-120°，且各個(gè)面上的錐窩的錐角和深度均相同。
[0009]所述的用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，其特征在于:正方體每個(gè)面上分別加工有25個(gè)錐窩，每個(gè)面上25個(gè)錐窩呈正方形陣列分布，構(gòu)成5X5的正方形陣列。
[0010]所述的用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，其特征在于:所述正方體材質(zhì)為航空鋁材。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確性高
本發(fā)明基于基本幾何特征的標(biāo)定方法，消除了單點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)定法中的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題，標(biāo)定模型中不會(huì)增加不必要的參數(shù)；在正方體面采樣過(guò)程中，采樣點(diǎn)均勻分布在各面上，消除了分布不均的擬合誤差。
[0012]2.基于常見(jiàn)基本幾何特征量的標(biāo)準(zhǔn)件
本發(fā)明將常見(jiàn)幾何特征的標(biāo)準(zhǔn)件虛擬化，正方體為主體結(jié)合均勻分布的錐窩，擬合常見(jiàn)的直線、圓、距離、球、圓柱、圓錐等標(biāo)準(zhǔn)件，新穎獨(dú)特；可對(duì)放置在關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作空間內(nèi)不同位置標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)性好，保證了標(biāo)定結(jié)果的高準(zhǔn)確性、高可靠性。
[0013]3.本發(fā)明對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的加工要求低
本發(fā)明加工過(guò)程中僅需保證正方體上錐窩分布均勻，其錐角、深度和錐度等滿足設(shè)計(jì)要求即可。
[0014]4.本發(fā)明選用航空鋁材，其具有以下優(yōu)點(diǎn):重量輕、機(jī)械加工容易及尺寸穩(wěn)定性高、卓越的熱傳導(dǎo)率等。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)件主體正方體-錐窩結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2本發(fā)明擬合幾種常見(jiàn)虛擬特征標(biāo)準(zhǔn)件示意圖，其中:
圖2a為擬合圓形時(shí)示意圖，圖2b為擬合圓柱形時(shí)示意圖，圖2c為擬合圓錐形時(shí)示意圖，圖2d為擬合球形時(shí)示意圖。
[0017]圖3待標(biāo)定的關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的標(biāo)定數(shù)據(jù)采樣示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，包括作為標(biāo)準(zhǔn)件主體的正方體1，正方體I各個(gè)面上分別加工有多個(gè)錐窩2，每個(gè)面上的錐窩2分別呈正方形陣列分布，且正方形邊沿與所在的面的對(duì)應(yīng)方向邊沿平行，每個(gè)錐窩2的錐角選值范圍為60-120°，且各個(gè)面上的錐窩2的錐角和深度均相同。
[0019]正方體I每個(gè)面上分別加工有25個(gè)錐窩，每個(gè)面上25個(gè)錐窩呈正方形陣列分布，構(gòu)成5X5的正方形陣列。
[0020]正方體I材質(zhì)為航空鋁材。
[0021]本發(fā)明采用正方體作為標(biāo)準(zhǔn)件主體，正方體的各面均加工有錐窩，錐窩對(duì)稱均勻分布于各表面，每個(gè)表面擬加工25個(gè)錐窩，錐角為60-120°，每個(gè)錐窩的錐角和深度均相同，且具有較好的圓錐度，錐窩用于定位待標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭。采用待標(biāo)定的關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量不同分布的錐窩，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)基本幾何特征量的擬合(直線、圓、距離、球、圓柱、圓錐等)?？蓪?duì)放置在關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作空間內(nèi)不同位置標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù)，處理計(jì)算，獲得更多的測(cè)量位置的誤差信息，以獲得待標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0022]本發(fā)明中，在使用待標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行標(biāo)定數(shù)據(jù)采樣時(shí)，將正方體標(biāo)準(zhǔn)件放置在待標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作空間內(nèi)，以保證正方體標(biāo)準(zhǔn)件表面上錐窩點(diǎn)能夠被測(cè)量。通過(guò)測(cè)量不同分布所述錐窩點(diǎn)，可擬合相應(yīng)基本幾何特征量:
擬合距離:測(cè)量正方體標(biāo)準(zhǔn)件表面上任意兩個(gè)所述錐窩點(diǎn)。
[0023]擬合圓3、4:在正方體標(biāo)準(zhǔn)件的任一表面內(nèi)或者截面內(nèi)測(cè)量任意不共線三個(gè)及以上錐窩點(diǎn)擬合出一個(gè)圓，如圖2a所示。
[0024]擬合圓柱5:在正方體標(biāo)準(zhǔn)件任一表面內(nèi)測(cè)量任意不共線三個(gè)及以上錐窩點(diǎn)，與之相對(duì)表面上相同位置測(cè)量三個(gè)及以上錐窩點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)圓柱擬合，如圖2b所示。
[0025]擬合圓錐6:在正方體標(biāo)準(zhǔn)件的任一頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)三個(gè)正方形面的對(duì)角線上的相同位置分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)及以上錐窩點(diǎn)(共六個(gè)及以上錐窩點(diǎn))，擬合圓錐，如圖2c所示。
[0026]擬合球7:測(cè)量在正方體標(biāo)準(zhǔn)件的各面的中心位置的錐窩點(diǎn)，可擬合出正方體的內(nèi)切球，如圖2d所示。
[0027]如圖3所示，將正方體標(biāo)準(zhǔn)件放置在待標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作空間內(nèi)不同位置，可獲得標(biāo)定關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在整個(gè)工作空間內(nèi)標(biāo)定數(shù)據(jù)采樣。
【權(quán)利要求】
1.用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，其特征在于:包括作為標(biāo)準(zhǔn)件主體的正方體，所述正方體各個(gè)面上分別加工有多個(gè)錐窩，每個(gè)面上的錐窩分別呈正方形陣列分布，且正方形邊沿與所在的面的對(duì)應(yīng)方向邊沿平行，每個(gè)錐窩的錐角選值范圍為60-120°，且各個(gè)面上的錐窩的錐角和深度均相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，其特征在于:正方體每個(gè)面上分別加工有25個(gè)錐窩，每個(gè)面上25個(gè)錐窩呈正方形陣列分布，構(gòu)成5X5的正方形陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于關(guān)節(jié)類坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定的常見(jiàn)虛擬幾何特征標(biāo)準(zhǔn)件，其特征在于:所述正方體材質(zhì)為航空鋁材。
【文檔編號(hào)】G01B21/00GK104457640SQ201410453673
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】于連棟, 趙會(huì)寧, 魯思穎, 韓麗玲, 李維詩(shī), 李鵬, 董釗 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)