[发明专利]面向关节式坐标测量机的实时接触力测量方法及装置

说明书

本发明公开了面向关节式坐标测量机的实时接触力测量方法及装置。该装置包括关节式坐标测量机、集成力传感器测头和计算机。使用三球锥窝定位装置对该实时接触力测量装置进行标定，减少标定件定标时引入的误差量，不需要借助外部高精度的测量设备实现标定。建立测量装置的测量模型，在测量模型中集成了测针变形模型，可以一次标定完成关节式坐标测量机的结构参数标定与测头挠度参数标定，无需单独辨识测头挠度参数去补偿接触测量力误差，减少了标定工作量且操作简便，并且扩展了误差运动参数，实现对接触测量力误差的补偿，减少人为因素对关节式坐标测量机精度的影响，提高了关节式坐标测量机精度。

技术领域

本发明涉及关节式坐标测量机领域，具体涉及面向关节式坐标测量机的实时接触力测量方法及装置。

背景技术

关节式坐标测量机(AACMM，articulated arm coordinate measuringmachines)，是一种具有多自由度的非正交系坐标测量机，它由测量臂和旋转关节串联构成开链结构，以角度测量基准取代长度测量基准，具有结构简单、体积小、量程大、便于现场使用等优点，被广泛应用于工业生产与科学研究领域。但是由于其串联开链式结构，测量机的误差会被累积并放大，与传统的正交式坐标测量机相比，整体测量精度还存在比较大的差距。为了扩大关节式坐标测量机的应用领域，提高关节式坐标测量机的精度是十分重要的。

当前针对关节式坐标测量机精度提高的手段主要注重测量机的硬件方面，如结构参数的标定、测量位姿与测量区域的择优、温度误差的补偿等方面，这些手段可以比较好得消除测量机存在的系统误差，但不能对因操作者本身带来的随机误差进行较好的控制，如接触力、最佳运动轨迹、稳定的接触方向等。其中，接触力是操作员测量的一个主要参数之一，由于接触测量力的存在，使得坐标测量机测头实际几何形状与理论运动学模型不同，从而导致测量误差。现有的关节式坐标测量机通过定期校准，可以标定结构参数从而提高精度，但在标定和测量过程中通常忽略了接触力这一个因素的影响，也就无法补偿接触力在此过程中带来的标定误差和测量误差。另外，操作者的测量习惯对接触力、测量稳定性、探头方向等测量参数有决定性影响，所以对于同一台关节式坐标测量机，不同的操作员使用会导致最终的测量精度不同。为了降低人为因素对测量精度的影响，保持关节式坐标测量机测量精度，需要对接触测量力误差进行补偿。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出面向关节式坐标测量机的实时接触力测量装置的使用方法，使用三球锥窝定位装置对实时接触力测量装置进行标定，建立测量装置的测量模型，实现对接触测量力误差的补偿。

所述基于关节式坐标测量机的实时接触力测量装置包括关节式坐标测量机、集成力传感器测头和计算机。

所述关节式坐标测量机包括六个关节，每个关节内部有一个圆光栅角度编码器，在末端摆动关节上装有指示灯与蜂鸣报警装置，关节式坐标测量机通过线缆与计算机相连。

所述集成力传感器测头包括测头螺纹连接件、三维力传感器、连接底板和测针。三维力传感器的上端与测头螺纹连接件固定连接，下端与连接底板固定连接，连接底板的中心处开有螺纹孔，用于固定安装测针。集成力传感器测头与关节式坐标测量机的末端固定连接。

所述计算机包含三维力传感器信号采集器和圆光栅角度编码采集卡。

作为优选，关节式坐标测量机选用海克康斯RA-7125。

作为优选，三维力传感器的量程为0～10N。

面向关节式坐标测量机的实时接触力测量装置的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤一、开启基于关节式坐标测量机的实时接触力测量装置，在稳定的温度下运行一段时间，完成开机预热。

作为优选，在开机预热前，实时接触力测量装置放置在同一温度场内不少于4小时，开机预热的过程不少于0.5小时，环境温度变化不超过1.0℃/h。