[发明专利]一种柔性臂坐标测量机的圆光栅偏心参数标定方法

说明书

本发明公开了一种柔性臂坐标测量机的圆光栅偏心参数标定方法，属于精密测量方法领域。该方法首先基于D‑H模型建立柔性臂坐标测量机的数学模型；然后基于狼群算法WPA和最小二乘法LM设计融合的优化算法，狼群‑最小二乘融合优化算法WPA‑LM；最后采用设计的狼群‑最小二乘融合优化算法WPA‑LM对圆光栅的偏心参数进行标定。本发明的融合优化算法结合了狼群算法WPA全局搜索能力强和最小二乘法LM收敛速度快的优点，因此能够高效准确的对圆光栅偏心参数进行优化，并用于参数标定，标定精度高、效率高，并且不需要借助外部设备，成本低，操作简单，便于现场实现标定和修正。

技术领域

本发明属于精密测量方法领域，具体涉及一种柔性臂坐标测量机的圆光栅偏心参数标定方法。

背景技术

柔性臂坐标测量机是一种六自由度的非笛卡尔式坐标测量系统，其结构与工业中的机械手类似，每个旋转关节内均安装有圆光栅传感器记录角度数据，在工业现场的大型零件制造与大型装置内的重要部件装配中得到了广泛应用，具有测量范围广、现场适应强、测量灵活、携带方便等优点。测量机的串联式连杆结构使误差具有累积、放大的特点，因此，对圆光栅的误差进行补偿从而提高柔性臂坐标测量机的整体精度是非常必要的。

柔性臂坐标测量机的末端位置通过坐标变换模型描述，其末端坐标以旋转角度为基准，其经典模型为D-H模型，因此圆光栅的误差大小对测量系统的性能有着关键的影响。圆光栅角度传感器的误差因素，一类是传感器内光栅盘的制造误差，光束的发射与接收系统误差，这类误差难以处理主要选用更高精度的传感器减小影响；另一类为传感器的光栅盘与读数头在测量机内的安装误差与关节轴承窜动导致的偏心误差和倾斜误差。高贯斌等研究了传感器的偏心误差和倾斜误差，研究表明倾斜误差对传感器精度的影响较小(高贯斌.关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D].浙江大学,2010.)，因此相关科研学者主要对圆光栅的安装偏心误差进行补偿。一类采用外部标定法，郑大腾等对测量机的1、2关节处的圆光栅建立偏心误差模型并利用光电自准直仪以金属多面棱体为角度标准件进行标定(郑大腾,谢世坤,罗志扬,等.关节臂坐标测量机圆光栅偏心误差建模及修正研究[J].电子测量与仪器学报,2016,30(10):1568-1574.)。另一种为自标定方法，王文等通过模拟退火算法对6个关节的圆光栅偏心参数进行修正，提高了测量机的重复性精度(王文,林铿,高贯斌等.关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识[J].光学精密工程,2010,18(01):135-141.)。于连栋等运用傅里叶级数对圆光栅偏心角度误差修正提高了三自由度坐标测量机的测量精度(于连栋,丁洋,程文涛.平行双关节坐标测量机圆光栅测角误差补偿技术[J].南京理工大学学报(自然科学版),2009,33(05):659-662.)。冯超鹏等采用最小二乘法求解圆光栅的偏心参数，搭建实验平台验证补偿效果(冯超鹏,祝连庆,潘志康,等.一种新的圆光栅偏心参数自标定方法[J].仪器仪表学报,2016,37(11):2459-2464.)。此外，圆光栅采用多个读数头平均误差补偿方式降低读数误差。

由上面分析可以看出，大部分圆光栅传感器补偿需要依赖复杂的标定系统，将测量机的旋转关节拆解下来通过外部设备获得数据，不易用于现场操作。

发明内容

技术问题：本发明提供一种柔性臂坐标测量机的圆光栅偏心参数标定方法，该方法能够减少设备成本，提高标定效率、降低操作要求，便于在现场实现标定与修正。

技术方案：本发明柔性臂坐标测量机的圆光栅偏心参数标定方法，包括以下步骤：

步骤S1：基于D-H模型建立柔性臂坐标测量机的数学模型；

步骤S2：基于狼群算法WPA和最小二乘法LM设计融合的优化算法，狼群-最小二乘融合优化算法WPA-LM；

步骤S3：采用步骤S2设计的狼群-最小二乘融合优化算法WPA-LM对圆光栅的偏心参数进行标定。

进一步地，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：