基于多功能标定件的AACMM标定方法研究.pdfVIP

摘要

关节式坐标测量机具有测量空间大、便于现场测量、操作简单等特点，广泛应

用于三维测量领域。但受限于其串联式开链结构，误差逐级放大，从而影响测量机

的测量精度。为提高测量精度，国内外学者提出了不同的标定方法，基于其标定方

法设计出多种标定件。然而，不同的标定方法所使用的标定件不同，无法对多种标

定方法进行对比分析，比较其优劣。针对上述问题，本文设计一种多功能标定件，

对多种标定方法展开深入研究，提出基于多功能标定件的相关标定策略，以提高关

节式坐标测量机的标定精度和标定效率。本文的主要研究内容包括：

(1)针对现有标定方法之间无法进行对比分析的问题，本文设计一种多功能标

定件。首先构建关节式坐标测量机的运动学模型，分析所需标定的结构参数。然后

根据测量机的测量空间，确定多功能标定件的结构尺寸。最后仿真分析多功能标定

件的力学特性，验证其可行性。

(2)通过仿真和实验验证多功能标定件的可行性。根据传统多点标定方法、长

度标定方法、虚拟圆心标定方法和虚拟圆心距离标定方法的采样策略，得出基于多

功能标定件的传统标定采样策略，通过控制变量法对传统标定方法进行优化，分析

传统标定方法的特点，得出传统标定方法的适用场合。

(3)通过仿真和实验对标定方法进行深入研究。首先通过改进目标函数，对传

统的标定方法进行优化，提出MU(MaximizeUtilization)标定方法，减少标定点的

采集数量，降低标定所需工作量。然后针对MU标定方法中存在算法无法识别的

问题，提出HMU(HybridMaximizeUtilization)标定方法，将多种标定方法进行结

合，降低多功能标定件对标定环境的要求。最后通过实验验证HMU标定方法的有

效性，实现标定精度和标定效率的提高。

关键词：关节式坐标测量机，运动学模型，多功能标定件，标定方法，标定精度，

标定效率

ABSTRACT

Articulatedarmcoordinatemeasuringmachine(AACMM)iswidelyusedinthe

fieldof3Dmeasurementduetotheirlargemeasurementspace,easyon-sitemeasurement,

andsimpleoperation.Butlimitedbyitsserialopen-chainstructure,theerrorisamplified

stepbystep,thusaffectingthemeasurementaccuracyofthemeasuringmachine.Scholars

athomeandabroadhavedesignedavarietyofcalibrationpartstoimprovethe

measurementaccuracy,andputforwarddifferentcalibrationmethodsbasedonthe

calibrationparts.However,differentcalibrationmethodsusedifferentcalibrationparts,

soitisimpossibletocomparethecalibrationmethodstojudgetheirprosandcons.In

viewoftheaboveproblems,thispaperdesignsanewtypeofcalibrationpart,conducts

in-depthresearchonvariouscalibrationmethods,improvesandoptimizesvarious

calibrationmethods,andproposesarelatedcalibrationstrategybasedonthenew

calibrationpart,aimingtoimprovethecalibrationaccur