五軸機床作為國之重器,在工業(yè)生產以及國防軍事中占有重要地位。加工精度很好的體現(xiàn)了機床的性能,提高數(shù)控機床的加工精度是提升國家工業(yè)實力的象征。激光跟蹤儀作為大型測量場的檢測工具,具有高精度、高性能、高保證、高穩(wěn)定性的優(yōu)良性質,也是檢測機床誤差的一個重要技術工具,如何利用激光跟蹤儀快速高效地檢測出機床的精度誤差是目前急需解決的一個問題。本文以五軸機床和激光跟蹤儀為目標研究對象,以提高測量精度為目標。對在激光跟蹤儀采用多站位方式測量的時候如何提高測量精度做了相關的研究,其中主要研究內容如下:（1）首先開展對機床空間誤差的研究,定義了機床空間誤差的表示方法,通過分析機床的拓撲結構,總結出機床各項誤差的來源以及各項誤差的表示方法。采用多體理論以及剛體轉換理論,代入實際加工誤差,對實際和理論加工中的機床模型建立了空間誤差的數(shù)學模型表達式。同時對測量儀器激光跟蹤儀進行了相關研究,建立了轉站數(shù)學模型并且對轉站誤差進行了分析。（2）建立多站式測量組網模型,分析多站測量模型的站位數(shù)量與測量點數(shù)量之間的相互關系,總結出最適合測量的站位數(shù)量。摒棄激光跟蹤儀的角度數(shù)據,利用高精度測距數(shù)據,代入站位和測量點坐標求... 

【文章來源】： 沈睿 電子科技大學

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

主要的高精度測量儀器

電子科技大學碩士學位論文41.2.2激光跟蹤儀多站與單站測量研究現(xiàn)狀因為激光跟蹤儀具有精度高和測量效率高等優(yōu)點，使得其在工業(yè)精密測量領域的地位也越來越高，外部采集的主要數(shù)據是儀器的兩個角度編碼器和距離信息，通過對這三個測量信息的分析得到目標結果。目前激光跟蹤儀的最大量程可以實現(xiàn)半徑160m范圍內的測量，以萊卡激光跟蹤儀的AT402型號為例，可以將精度控制在±15μm＋6μm/ｍ范圍之內；世界三大主要激光跟蹤儀如圖1-2所示，對于多目標、復雜性較大的跟蹤數(shù)據采集，必然會涉及到多臺儀器的同步使用和數(shù)據分析算法，目前國內外學者們設計了一系列實驗方法對精度結果進行評定，主要的方法有多站法、單站法兩大類。圖1-2三大主要激光跟蹤儀。a.萊卡；b.法如；c.API美國亞特蘭大大學的HanqiZhuang等學者完成了基于干涉原理的激光跟蹤測量系統(tǒng)的建立。日本學者O.Nakamura應用跟蹤儀多站位測量法對工業(yè)機器人進行應用，并對其系統(tǒng)進行了全面的研究，取得了一定的成果[20]。實驗驗證在其搭建的環(huán)境中點坐標測量精度的標準差可以控制在達到1μm，符合大部分實驗環(huán)境[21]。S.Aguado[22]等學者分析了影響激光跟蹤儀測量精度的因素，利用激光跟蹤儀建立了多站式測量組網[23]，分析了激光跟蹤儀測量角度編碼器和測距的定位問題，將最小二乘法用于儀器的自校準，提出了基于三邊法則的自校準技術，對儀器校準和測量有很好的指導作用[24]。國防科學技術大學的萬穩(wěn)利用SA測量軟件研究了影響測量垂直度時候的不確定度的因素，用蒙特卡洛方法分析了同軸度測量不確定度的影響因素[25]。Predmore等學者在2010年將公共點的測量不確定度描述成誤差橢球模型，通過對測量數(shù)據進行分析處理來限制最優(yōu)的馬氏距離，以此為目標函數(shù)，通過對激光跟?

電子科技大學碩士學位論文10圖2-1激光跟蹤儀組成配件。1.跟蹤頭；2.ActiveTarget；3.電纜線；4.控制箱；5.溫度傳感器；6.靶鏡(SMR)2.1.2激光跟蹤儀IFM測量方法激光跟蹤儀在正常工作時發(fā)射紅色氦氖激光束，在碰到靶球后原路返回跟蹤頭。儀器上的高精度編碼器會記錄水平角旋轉角（AZ）和垂直俯仰角（EL），干涉光線會計算并記錄目標點的絕對距離，以此來決定靶球中心點的球坐標，坐標數(shù)據通過網絡電纜實時傳輸?shù)诫娔X配套軟件上。在相對測量方式中，激光束的干涉測量會被實際物體擋住光路傳播從而中斷測量，也就是“擋光”問題。為了便于激光跟蹤儀校正，API已經把靶球的鳥巢距離補償?shù)阶约旱臏y量軟件中，實際操作中已經不需要通過計算每一次“回巢”的干涉距離便能直接讀出目標點的測距數(shù)值。找尋測量點搜尋結束角度數(shù)據采集目標搜尋確定角度偏移否是否對準距離數(shù)據采集坐標計算角度數(shù)據修正是重新對準目標是否在誤差之內是否數(shù)據測量版塊修正反饋版塊圖2-2激光跟蹤儀IFM測量原理圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]5軸數(shù)控機床空間誤差模型及辨識方法研究[J]. 左維,李巍.  組合機床與自動化加工技術. 2019(02)
[2]大尺寸測量場轉站的參數(shù)勘定方法[J]. 常晏寧,王皓,孔令雨,唐楚禹.  機械設計與研究. 2018(03)
[3]五軸數(shù)控機床精度建模與預測研究[J]. 孫中芹.  中國戰(zhàn)略新興產業(yè). 2018(08)
[4]一種提高激光跟蹤儀轉站準確度的方法[J]. 房鶴飛,高瑞翔,徐強勝.  上海計量測試. 2017(02)
[5]多變量整體最小二乘在激光跟蹤儀轉站中的應用[J]. 萬鵬,樓立志,張帥.  測繪與空間地理信息. 2016(12)
[6]激光跟蹤儀三維坐標轉換綜合優(yōu)化方法[J]. 黃鵬,王青,李江雄,俞慈君,柯映林.  計算機集成制造系統(tǒng). 2015(11)
[7]加權整體最小二乘在激光跟蹤儀轉站中的應用[J]. 李麗娟,趙延輝,林雪竹.  光學精密工程. 2015(09)
[8]大尺寸空間測量中轉站誤差分析與估計[J]. 金漲軍,李江雄,俞慈君,柯映林.  浙江大學學報(工學版). 2015(04)
[9]基于激光跟蹤儀的五軸機床旋轉軸誤差測量[J]. 殷建,李明.  中國激光. 2015(04)
[10]基于激光多邊法的坐標測量系統(tǒng)自標定研究[J]. 胡進忠,余曉芬,劉媛媛.  電子測量與儀器學報. 2014(02)

博士論文
[1]激光跟蹤儀高精度坐標測量技術研究與實現(xiàn)[D]. 范百興.解放軍信息工程大學 2013

碩士論文
[1]大尺度激光跟蹤測量關鍵技術研究[D]. 萬穩(wěn).國防科學技術大學 2012
[2]三坐標測量技術在汽車制造業(yè)的應用[D]. 李洪全.天津大學 2004



本文編號：2996577