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关节类坐标测量机连杆微变形测试技术研究

作　者: 赵会宁
导　师: 于连栋
学　校: 合肥工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 平行双关节坐标测量机 误差模型 静力学分析 连杆微变形测试系统 非线性修正
分类号: TH721
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


关节类坐标测量机是一种具有测量范围大、使用灵活便携等优点的坐标测量仪器。关节类坐标测量机由连杆自重影响了其测量精度。本文以平行双关节坐标测量机为研究对象，研究由自重引起的力变形误差，并利用激光二极管和PSD位置敏感传感器搭建连杆微变形测试系统，主要研究工作有：（1）运用改进D-H建模理论建立平行双关节坐标测量机的运动学测量模型，分析了其存在的误差源，分别建立系统误差模型和随机误差模型。（2）平行双关节坐标测量机的测量臂机械结构为悬臂式。分别对Z轴立柱、滑座、连接臂1、连接臂2进行静力学分析，建立由自重引起偏差的误差模型。分别利用Matlab和ANSYS软件对力变形误差进行仿真。（3）搭建了基于激光二极管和PSD位置敏感传感器的连杆微变形测试装置。设计了PSD传感器的后续信号处理电路，编写了基于Labview的数据处理软件。（4）运用Kohzu精密位移台和BP算法对PSD位置传感器的非线性进行修正。分别对测试装置的稳定性，漂移和环境光对测量系统的测量精度影响进行测试。测试结果表明测量装置的稳定性良好，漂移量较小，环境光越弱，对测量精度影响越小。

全文目录


致谢  7-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-15
第一章 绪论  15-22
  1.1 坐标测量机的发展  15-20
    1.1.1 正交式坐标测量机的发展  15
    1.1.2 柔性关节式坐标测量机的发展  15-18
    1.1.3 平行双关节坐标测量机的发展  18-20
  1.2 运动学建模及连杆微变形测试技术研究现状  20-21
    1.2.1 平行双关节坐标测量机的运动学建模  20
    1.2.2 连杆微变形测试技术研究现状  20-21
  1.3 课题来源、研究目的及意义  21-22
第二章 平行双关节坐标测量机的测量模型  22-34
  2.1 平行双关节坐标测量机的数学建模  22-26
    2.1.1 D-H 建模理论  22-23
    2.1.2 改进的 D-H 建模理论  23-24
    2.1.3 平行双关节坐标测量机的机构  24
    2.1.4 平行双关节坐标测量机的运动学建模  24-26
  2.2 平行双关节坐标测量机的误差源分析  26-29
    2.2.1 平行双关节坐标测量机系统误差分析及修正方法  27-28
    2.2.2 平行双关节坐标测量机随机误差分析  28-29
  2.3 平行双关节坐标测量机的系统误差模型  29-30
  2.4 平行双关节坐标测量机的随机误差模型  30-33
    2.4.1 标尺读数引起的随机误差  30-31
    2.4.2 关节晃动引起的随机误差  31-32
    2.4.3 包含标尺读数和关节晃动的随机误差模型  32-33
  2.5 总结  33-34
第三章 平行双关节坐标测量机结构的静力学分析  34-46
  3.1 平行双关节坐标测量机机械结构静力学分析  34-42
    3.1.1 悬臂梁弯曲模型  34-36
    3.1.2 连接臂 2 静力学分析  36-37
    3.1.3 连接臂 1 静力学分析  37-38
    3.1.4 滑座静力学分析  38-40
    3.1.5 Z 轴立柱静力学分析  40-42
  3.2 平行双关节坐标测量机的力变形误差模型  42-43
    3.2.1 理想模型  42
    3.2.2 力变形误差模型  42-43
  3.3 平行双关节坐标测量机的力变形误差计算  43-45
  3.4 总结  45-46
第四章 连杆微变形测试技术研究  46-58
  4.1 连杆微变形测量原理  46-47
  4.3 连杆变形测试装置设计  47-51
    4.3.1 PSD 位置传感器  47-48
    4.3.2 PSD 位置传感器信号处理电路设计  48-51
  4.4 PSD 位置传感器的数据采集程序设计  51-54
    4.4.1 LabView 软件  51
    4.4.2 数据处理软件  51-54
  4.5 基于 BP 算法对 PSD 位置传感器的非线性修正  54-57
    4.5.1 BP 神经网络的结构及算法  55-56
    4.5.2 基于 L-M 算法的 BP 网络对 PSD 的非线性修正  56-57
  4.6 总结  57-58
第五章 连杆微变形测试系统的性能测试  58-65
  5.1 测试系统的非线性度修正实验  58-60
  5.2 稳定性测试实验  60-61
  5.3 测量系统漂移测试  61-62
  5.4 背景光对系统测量精度的影响实验  62-63
  5.5 影响测试系统测量精度的因素分析  63-64
  5.6 总结  64-65
第六章 总结与展望  65-66
  6.1 总结  65
  6.2 展望  65-66
参考文献  66-69
附录1  69-71
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况  71-72

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 坐标器、计算机具、计数器 > 坐标器和自动坐标器
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