CN107014329A - 用于便携关节式坐标测量机误差标定的3d标定场 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，包括花岗岩底座，花岗岩底座顶面上设有连接座，花岗岩底座顶面竖直设有四个第一杆件、四个第二杆件及六个第三杆件，四个第一杆件按正方形分布形成第一个正方形，四个第二杆件按正方形分布形成第二个正方形六个第三杆件按正六边形分布形成正六边形，第一个正方形、第二个正方形、正六边形以连接座中心为中心，该正六边形其中一个对角线与第一个正方形其中一个对角线重合。本发明在对便携关节式坐标测量机的测量性能进行评价时无需改变长度标准量的姿态，可避免测量过程中引入拟合误差。

Description

用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场
技术领域
本发明涉及便携关节式坐标测量机标定装置领域，具体是一种用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场。
背景技术
便携关节式坐标测量机是有3对相互垂直的旋转关节经由杆件串联而成的一种非正交式三坐标测量仪器。在实际使用过程中，便携关节式坐标测量机的测量性能需要定期委托第三方计量机构进行检定，以评价其测量结果的可靠性是否能满足测量任务需求。现行的便携关节式坐标测量机性能标准主要有ASME B89.4.22-2004、VDI/VDE 2617-9，ISO1010360-2:2009和ISO 10360-12，标准中采用量块组、步距规、球杆等标准件为便携关节式坐标测量机的测量性能进行评价。还有一些学者提出了一维球阵列、3D球板、2D虚拟球板等标准件用于便携关节式坐标测量机性能评价。在使用上述标准件对便携关节式坐标测量机的测量性能进行评价时，通常需要改变标准件在其测量空间的位置以达到标准件能够涵盖整个测量空间，每次改变标准件位置具有一定的随机性，大大增加了工作量。同时在采用量块组、球杆等标准件对便携关节式坐标测量机的测量性能进行评价时，会引入拟合误差，不能对便携关节式坐标测量机在其测量空间内的测量性能进行充分评价。另外，采用量块组、球杆等作为标准件时提供的长度标准量过少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，以解决现有技术标定存在的标准件在其测量空间需要改变标准件位姿且位姿分布具有一定随机性，提供不同的长度标准量过少，易引入拟合误差的问题，以及不能对便携关节式坐标测量机在其测量空间中的测量性能进行评价的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：包括花岗岩底座，花岗岩底座顶面上设有用于便携关节式坐标测量机固定的连接座，花岗岩底座顶面竖直设有四个高度相同的第一杆件、四个高度相同的第二杆件及六个高度相同的第三杆件，每个第一杆件、第二杆件、第三杆件上端分别设置有靶球，其中四个第一杆件上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别设为d，且四个第一杆件按正方形分布形成第一个正方形，四个第二杆件上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长+d，且四个第二杆件按正方形分布形成第二个正方形，第一个正方形、第二个正方形分别以连接座中心为中心，第一个正方形、第二个正方形边长相同均为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长的67％，且任意相邻的两个第一个正方形对角线、第二个正方形对角线之间夹角为45°；六个第三杆件上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长/2+d，且六个第三杆件按正六边形分布形成正六边形，正六边形以连接座中心为中心，且连接座中心到正六边形每个顶点的距离为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长的140％，该正六边形其中一个对角线与第一个正方形其中一个对角线重合。
所述的用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：第一杆件、第二杆件、第三杆件、连接座均采用低温度膨胀系数的铟钢和碳纤维材料制成。
所述的用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：以第一个正方形的两个对角线所在直线分别为X轴和Y轴，正六边形、第一个正方形相互重合的对角线处于Y轴上。
所述的用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：所述靶球为激光跟踪仪用转站靶球，采用激光跟踪仪测长精度优于测量精度的特点，利用激光跟踪仪多站法对3D标定场任意两球心之间距离进行精确标定。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)在对便携关节式坐标测量机的测量性能进行评价时无需改变长度标准量的姿态，大大减少工作量；
(2)在测量时采用标定时同等精度尺寸一致的转站靶球，可避免测量过程中引入拟合误差。
附图说明
图1为便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场结构示意图。
图2为在花岗岩底座上不同杆件位置分布图。
图3为3D标定场用于便携关节式坐标测量机误差标定示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，包括厚度为150mm的花岗岩底座1，花岗岩底座1顶面设有用于便携关节式坐标测量机固定的连接座2，该连接座2为中心对称结构，连接座2的高度可根据便携关节式坐标测量机的臂长进行调整。
根据ASME B89.4.22-2004标准中提到长球杆的长度为便携关节式坐标测量机臂长的120％～150％，短球杆的长度为臂长的50％～75％，在花岗岩底座1顶面竖直设置四个高度相同的第一杆件3、四个高度相同的第二杆件4及六个高度相同的第三杆件5，每个第一杆件3、第二杆件4、第三杆件5上端分别设置有靶球6，其中四个第一杆件3上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别为d，且四个第一杆件3按正方形分布形成第一个正方形A，四个第二杆件4上端靶球球心到花岗岩底座1的竖直距离分别为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长+d，且四个第二杆件4按正方形分布形成第二个正方形B，第一个正方形A、第二个正方形B分别以连接座2中心为中心，第一个正方形A、第二个正方形B边长相同均为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长的67％，且任意相邻的两个第一个正方形A对角线、第二个正方形B对角线之间夹角为45°；六个第三杆件5上端靶球球心到花岗岩底座1的竖直距离分别为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长/2+d，且六个第三杆件5按正六边形分布形成正六边形C，正六边形C以连接座2中心为中心，且连接座2中心到正六边形C每个顶点的距离为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长的140％，该正六边形C其中一个对角线与第一个正方形A其中一个对角线重合。
第一杆件3、第二杆件4、第三杆件5、连接座2均采用低温度膨胀系数的铟钢材料制成。
以第一个正方形A的两个对角线所在直线分别为X轴和Y轴，正六边形C、第一个正方形A相互重合的对角线处于Y轴上。
正六边形C所处平面位于便携关节式坐标测量机测量空间的最大截面上。
靶球6为激光跟踪仪用转站靶球，采用激光跟踪仪测长精度优于测量精度的特点，利用激光跟踪仪多站法对3D标定场任意两球心之间距离进行精确标定。
如图2所示，本发明中，按照ASME B89.4.22-2004标准中将便携关节式坐标测量机的测量空间分为八个卦限，共14个作为基准球的靶球6编号和在测量空间中分布位置如表1所示，可提供长度标准量个，91个长度标准量编号及其分布位置如表2所示。
表1 3D标定场中14个基准球编号和在便携关节式坐标测量机的测量空间中分布位置
基准点编号 所处位置 基准点编号 所处位置
DS1 位于X+OZ-面内 MS1 位于X+OY+面内
DS2 位于Y-OZ-面内 MS2 位于X+OY-面内
DS3 位于X-OZ-面内 MS3 位于Y轴负方向上
DS4 位于Y+OZ-面内 MS4 位于X-OY-面内
US1 位于第四卦限 MS5 位于X-OY+面内
US2 位于第三卦限 MS6 位于Y轴正方向上
US3 位于第二卦限
US4 位于第一卦限
表2 91个长度标准量编号及其分布位置
如图3所示，在实际使用过程中，将便携关节式坐标测量机7固定在连接座2上，对14个基准球位置进行数据采集即可。

Claims (4)

1.用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：包括花岗岩底座，花岗岩底座顶面上设有用于便携关节式坐标测量机固定的连接座，花岗岩底座顶面竖直设有四个高度相同的第一杆件、四个高度相同的第二杆件及六个高度相同的第三杆件，每个第一杆件、第二杆件、第三杆件上端分别设置有靶球，其中四个第一杆件上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别设为d，且四个第一杆件按正方形分布形成第一个正方形，四个第二杆件上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长+d，且四个第二杆件按正方形分布形成第二个正方形，第一个正方形、第二个正方形分别以连接座中心为中心，第一个正方形、第二个正方形边长相同均为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长的67%，且任意相邻的两个第一个正方形对角线、第二个正方形对角线之间夹角为45°；六个第三杆件上端靶球球心到花岗岩底座的竖直距离分别为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长/2+d，且六个第三杆件按正六边形分布形成正六边形，正六边形以连接座中心为中心，且连接座中心到正六边形每个顶点的距离为便携关节式坐标测量机的关节臂臂长的140%，该正六边形其中一个对角线与第一个正方形其中一个对角线重合。
2.根据权利要求1所述的用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：第一杆件、第二杆件、第三杆件、连接座均采用低温度膨胀系数的铟钢或者碳纤维材料制成。
3.根据权利要求1所述的用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：以第一个正方形的两个对角线所在直线分别为X轴和Y轴，正六边形、第一个正方形相互重合的对角线处于Y轴上。
4.根据权利要求1所述的用于便携关节式坐标测量机误差标定的3D标定场，其特征在于：所述靶球为激光跟踪仪用转站靶球，采用激光跟踪仪测长精度优于测角精度的特点，利用激光跟踪仪多站法对3D标定场任意两球心之间距离进行精确标定。
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