CN103630096A - 一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法，需要在关节臂式测量机装置上进行，所述的方法需要建立坐标系，x轴与REVO测头x向运动轴线平行，z轴与REVO测头z向运动轴线平行，y轴垂直于x轴和z轴，所述的方法首先确定标定关节臂的零位，然后根据关节臂的零位再确定REVO测量头绕B轴转动的零位，最后在前两个零位确定的基础上再确定REVO测量头绕x轴转动的零位，本发明应用于测量零件前的零位标准的确定，只有规定了各个运动的零位，才能实现测量机对零件的标准测量，因此，对坐标测量机各轴零位进行准确标定是实现零件原位精确测量的先决条件。

Description

一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法

技术领域

本发明属于测试技术及仪器领域，特别是涉及一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法。 

背景技术

国民经济和国防的发展对各种复杂零件的精度越来越高，对于这些高精度零件的需求，使得关节臂式坐标测量机得以普遍的应用。关节臂式坐标测量机是一种专用于发动机整体叶盘、大型齿轮、大型箱体等在线原位测量的仪器，关节臂式测量机一般对应于几个方向的运动，只有规定了各个运动的零位，测量机的运动才能以此为基础来进行描述，因此，对关节臂式坐标测量机各轴零位进行准确标定是实现零件原位精确测量的先决条件。 

如图1所示，关节臂式坐标测量机总共有5个运动轴，即x向的水平运动、z向的竖直运动、关节臂的旋转运动、REVO测头回转体绕B轴旋转运动和REVO测头回转体绕A轴旋转运动；如图2所示，REVO测头回转体在水平面内的旋转轴为A轴，在竖直面内的旋转轴为B轴；通过对这五个自由度的运动对物体进行测量，关节臂式坐标测量机对应于几个方向运动，只有规定了这五个方向运动的参考点，测量机的运动才能以此为基础来进行描述，参考点选择的不同，对于同一运动的描述就不同，零位就是起到参考点的作用。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的关节臂式坐标测量机标定零位不确定问题，本发明提供一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，关节臂式坐标测量机的零位标定在如下装置进行： 

装置由REVO测头、关节臂、z向运动部件、x向运动部件、误差补偿系统、数据处理与控制计算机和电动机组成，其中z向运动部件包括z向滑板和z向导轨座，x向运动部件包括x向滑板和x向导轨座；REVO测头安装在关节臂的前端，REVO测头上的两个回转体分别可绕着A轴或者B轴旋转运动；关节臂可以沿着关节臂旋转轴做旋转运动，转过的角度由轴系上的测角系统测得； 

所述的关节臂的旋转轴的底座固定在z向滑板上，z向滑板上的两个滑块与z向导轨座导轨构成了z向直线运动体系，z向滑板上设置有光栅尺，z向导轨座上设置有读数头，利用光栅尺与读数头读出z向滑板相对于z向导轨的移动量，在计算机的控制下，电动机经过其减速箱和丝杆带动z向滑板移动到所需位置； 

所述的z向导轨座固定在x向滑板上，x向滑板上的的两个滑块与x向导轨座导轨构成了x向直线运动体系，x向滑板设置有光栅尺，x向导轨座上设置有读数头，利用光栅尺与读数头读出x向滑板相对于底座的移动量，在计算机的控制下，电动机经过其减速箱和丝杆带 动x向滑板移动到所需位置； 

所述方法包括下列步骤： 

建立如图1所示的坐标系，x轴与x向运动轴线平行，z轴与z向运动轴线平行，y轴垂直于x轴和z轴,在测头的测量平面上放置一个方箱，所设置的方箱为四个面为标准平面的理想方箱； 

1.确定关节臂的零位标定，按照如下的步骤： 

定义关节臂的轴线与REVO测头的B轴轴线所确定的平面与x运动方向平行时，关节臂的位置为关节臂的零位。标定方法如下： 

(1)方箱位置的调整；方箱如图3所示放置，只移动坐标机的x轴和z轴，使用REVO测头测量方箱表面F不同位置的三个点，调整方箱的位置，直到测量该平面上的任意三个点时，REVO测头B轴角度读数相同，此时该被测平面与xoz平面平行。 

(2)如图4所示，将一直尺靠在方箱一侧面上，假定直尺与方箱都为理想量具，则直尺代表的直线与x轴垂直。旋转关节臂，保持REVO测头的B轴和A轴不动，利用测角系统，REVO测头在直尺上测量点M，此时关节臂的角度读数为

旋转关节臂取对称点N,关节臂的角度读数为

因为三角形MNP为等腰三角形，则关节臂的零位点

2.REVO测量头绕B轴转动的零位标定 

定义REVO测头的探针处在B轴的轴线与关节臂转轴轴线所确定的平面上时为REVO测头绕Ｂ轴转动的零位。REVO测头绕B轴转动的零位标定在关节臂零位标定的基础上进行。标定方法如下： 

(1)把关节臂调整为零位； 

(2)如图5所示，调整方箱使面F与xoz面平行；如图6，REVO测头在面F上测量点A,记下此时Ｂ轴角度读数θ₁，绕B轴旋转REVO测头，在面F上取对称点Ｂ，此时Ｂ轴角度读数为θ_２。因为三角形OAB为等腰三角形，且面F与ｘ方向平行，则有： 

∠BOC=∠COD=(θ₂-θ₁-180°)／２   ② 

B轴的零位计算公式为： 

θ＝（θ２＋θ１－１８０°）／２   ③ 

即是REVO测头绕B轴转动的零位。 

3.REVO测量头绕A轴转动的零位标定 

定义REVO测头绕A轴转动到探针与测头的B轴的轴线同轴位置时为REVO测头绕A轴 转动的零位；REVO测头绕A轴转动的零位标定在关节臂零位标定与REVO测头绕B轴转动的零位标定的基础上进行。标定方法如下： 

(1)把关节臂调整为零位； 

(2)把REVO测头调整到绕B轴转动的零位； 

(3)如图7所示，调整方箱位置，使REVO测头在面F上测量点A,REVO测头x示数为δ_A，REVO测头绕B轴旋转180°到点B，调整方箱位置，使REVO测头在面F上测量点B,此时REVO测头x示数为δ_B，如图8所示，REVO测头在x方向移动的距离δ为： 

δ=δ_A-δ_B   ④ 

在三角形OAB中： 

cosθ=(2a²-δ²)／２a²   ⑤ 

联立(4)(5)式得 

θ=cos^-1((2a²-(δ_A-δ_B)²)／２a²)   ⑥ 

REVO测头绕A轴旋转θ／２完成绕A轴转动的零位标定。 

附图说明

图1 关节臂式坐标测量机结构示意图； 

图2 REVO测头结构示意图； 

图3 关节臂零位标定平行调整示意图； 

图4 关节臂零位标定俯视图； 

图5 REVO测头绕B轴转动的零位标定示意图； 

图6 REVO测头绕B轴转动的零位标定原理图(俯视)； 

图7 REVO测头绕A轴转动的零位标定示意图； 

图8 REVO测头绕A轴转动的零位标定原理图； 

其中：1-REVO测头，2-关节臂旋转轴，3-底座，4-x向导轨座，5-z向导轨座，6-理想方箱。 

具体实施方式

本发明目的在于提出一种方法确定坐标测量机中的零位标定，如图1所示关节臂式坐标测量机，首先先建立坐标系，x轴与x向运动轴线平行，z轴与z向运动轴线平行，y轴垂直于x轴和z轴,标定包括三方面内容，第一是关节臂的零位标定；第二是REVO测量头绕B轴转动的零位标定；第三是REVO测量头绕A轴转动的零位标定。 

具体步骤如下： 

第一，对关节臂的零位进行标定； 

(1)将一个理想方箱如图3放置在坐标机底座所在的平面上； 

(2)REVO测头在面F上测量一点A的B轴角度，坐标机沿x方向移动适当距离，调整方箱位置，在面F上测量另一点B的B轴角度，使A、B两点处的B轴角度读数相同或者相差最小。坐标机沿z方向移动适当距离，调整方箱位置，在面F上测量一点C的B轴角度，使A、B、C三点处的B轴角度读数相同或者相差最小。重复以上步骤使在面F上任取三点时，只需移动x轴或z轴而不需调整方箱位置，就能使所测三点的B轴角度读数相同或相差最小，完成平行调整； 

(3)如图4，直尺底端靠在坐标机底座平面上，直尺一面靠在方箱侧面F上，转动关节臂，REVO测头在直尺上测量点M，此时关节臂轴角度读数为

旋转关节臂到直尺上的对称点N，测量点N，此时关节臂角度读数为

(4)根据公式①,调整关节臂使关节臂角度读数为

即为关节臂的零位。 

第二，对REVO测量头绕B轴转动的零位进行标定， 

(1)把关节臂调整为零位； 

(2)如图5所示放置方箱，调整方箱使面F与xoz面平行； 

(3)REVO测头在面F上测量一点A，并记下此时的B轴角度读数θ₁。将REVO测头绕B轴如图6所示旋转到面F上的对称点B，测量B点的B轴角度θ₂； 

(4)根据公式③,B轴角度读数为θ时,即为REVO测量头绕B轴转动的零位。 

第三，对REVO测量头绕A轴转动的零位进行标定， 

(1)把关节臂调整为零位； 

(2)把REVO测头调整到绕B轴转动的零位； 

(3)假设如图7所示为测头的初始位置，调整方箱位置方箱，REVO测头在面F上测量点A，记下此时的x轴读数δ_A； 

(4)将测头绕B轴旋转180°到点B，调整方箱位置，REVO测头测量点B的x轴读数δ_Ｂ，及A轴角度读数

(5)根据公式⑥得出θ，将测头A轴角度读数调整为 

(按图中所示A轴转动方向为正方向)，即为REVO测量头绕A轴转动的零位。 

Claims (1)

1.一种关节臂式坐标测量机的零位标定方法，在如下装置进行：

装置由REVO测头、关节臂、z向运动部件、x向运动部件、误差补偿系统、数据处理与控制计算机和电动机组成，其中z向运动部件包括z向滑板和z向导轨座，x向运动部件包括x向滑板和x向导轨座；REVO测头安装在关节臂的前端，REVO测头上的两个回转体分别可绕着A轴或者B轴旋转运动；关节臂可以沿着关节臂旋转轴做旋转运动，转过的角度由轴系上的测角系统测得；

所述的关节臂的旋转轴的底座固定在z向滑板上，z向滑板上的两个滑块与z向导轨座导轨构成了z向直线运动体系，z向滑板上设置有光栅尺，z向导轨座上设置有读数头，利用光栅尺与读数头读出z向滑板相对于z向导轨的移动量，在计算机的控制下，电动机经过其减速箱和丝杆带动z向滑板移动到所需位置；

所述的z向导轨座固定在x向滑板上，x向滑板上的两个滑块与x向导轨座导轨构成了x向直线运动体系，x向滑板设置有光栅尺，x向导轨座上设置有读数头，利用光栅尺与读数头读出x向滑板相对于底座的移动量，在计算机的控制下，电动机经过其减速箱和丝杆带动x向滑板移动到所需位置；

建立坐标系，x轴与x向运动轴线平行，z轴与z向运动轴线平行，y轴垂直于x轴和z轴,在测头的测量平面上放置一个方箱，所设置的方箱为四个面为标准平面的理想方箱；

其特征是，所述的关节臂式坐标测量机的零位标定方法包括下列步骤：

第一步，按照如下方法确定关节臂的零位标定，

定义关节臂的轴线与REVO测头的B轴轴线所确定的平面与x运动方向平行时，关节臂的位置为关节臂的零位，标定方法如下：

首先调整方箱的位置，只移动坐标机的x轴和z轴，使用REVO测头测量理想方箱一个标准平面上测得不同位置的三个点，调整方箱的位置，直到测量该平面上的任意三个点时，REVO测头B轴角度读数相同，此时该被测平面与xoz平面平行；

然后将一直尺靠在方箱的一个侧面上，假定直尺与方箱都为理想量具，则直尺代表的直线与x轴垂直，旋转关节臂，保持REVO测头的B轴和A轴不动，利用测角系统，REVO测头在直尺上测量点M，此时关节臂的角度读数为

旋转关节臂取对称点N,关节臂的角度读数为

因为三角形MNP为等腰三角形，则关节臂的零位点

第二步，按照如下方法确定REVO测量头绕B轴转动的零位标定，

定义REVO测头的探针处在B轴的轴线与关节臂转轴轴线所确定的平面上时为REVO测头绕B轴转动的零位，REVO测头绕B轴转动的零位标定在关节臂零位标定的基础上进行，标定方法如下：

(1)把关节臂调整为零位；

(2)调整方箱使方箱的一个标准平面与xoz面平行，REVO测头在这个平面上测量点A,记下此时B轴角度读数θ₁，绕B轴旋转REVO测头，在这个平面上取对称点B，此时B轴角度读数为θ₂，因为三角形OAB为等腰三角形，且标准平面与x方向平行，则有：

∠BOC=∠COD=(θ₂-θ₁-180°)／２   ②

B轴的零位计算公式为：

θ＝（θ_２＋θ_１－１８０°）／２   ③

即是REVO测头绕B轴转动的零位；

第三步，按照如下方法确定REVO测量头绕A轴转动的零位标定，

定义REVO测头绕A轴转动到探针与测头的B轴的轴线同轴位置时为REVO测头绕A轴转动的零位，REVO测头绕A轴转动的零位标定在关节臂零位标定与REVO测头绕B轴转动的零位标定的基础上进行，标定方法如下：

(1)把关节臂调整为零位；

(2)把REVO测头调整到绕B轴转动的零位；

(3)调整方箱位置，使REVO测头在方箱的一个平面上测量点A,REVO测头x示数为δ_A，REVO测头绕B轴旋转180°到点B，调整方箱位置，使REVO测头在这个平面上测量点B,此时REVO测头x示数为δ_B，如图8所示，REVO测头在ｘ方向移动的距离δ为：

δ=δ_A-δ_B   ④

在三角形OAB中：

cosθ=(2a²-δ²)／２a²   ⑤

联立(4)(5)式得

θ=cos^-1((2a²-(δ_A-δ_B)²)／２a²)   ⑥

REVO测头绕A轴旋转θ／２完成绕A轴转动的零位标定。

Images