CN108007347B - 一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法 - Google Patents

一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于LaserTracer几何误差补偿方法，该方法定量地分析了LaserTracer内部几何误差对系统测量精度的影响。由LaserTracer各项几何误差引起的系统测量误差具有唯一性和可确定性，且与目标靶镜的被测距离无关。LaserTracer几何误差补偿方法不需要对各项几何误差进行测量，也不需要根据几何误差的传递函数计算系统测量误差。该方法需要定期利用LaserTracer在二维空间对标准件进行测量，得到系统测量误差，并绘制二维误差图谱。利用二维误差图谱，在垂直回转轴和水平回转轴二维回转角度下对系统测量误差进行补偿。本发明提供的LaserTracer几何误差补偿方法可有效提高LaserTracer系统测量精度。

Description

一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法
技术领域
本发明涉及一种激光测量领域，特别涉及一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法。
背景技术
激光跟踪仪是工业测量领域中一种高精度的大尺寸测量仪器。具有测量空间大、测量效率高、测量精度高、操作简单等特点，类似于便携式三坐标测量机，并广泛应用于船舶制造、汽车制造、飞行器制造等领域。激光追踪仪是基于多边法原理的测量系统，专用于校准三坐标测量机、数控机床等高档数控装备。虽然多边法是各种利用激光跟踪测量系统校准数控装备的方法中理论精度最高的方法，但也要求激光追踪仪自身具有较高的测量精度。因此，对激光追踪仪几何误差进行补偿能够有效地提高系统测量精度，同时也保证了基于多边法的激光跟踪测量系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于补偿激光追踪仪由几何误差(即加工误差和安装误差)引起的系统测量误差，提供了一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法。
根据一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法可知，垂直回转轴系和水平回转轴系的回转误差不会影响激光追踪仪的测量精度。根据一种以标准球为反射装置的激光跟踪测量系统几何误差补偿方法可知，激光追踪仪的系统测量精度仅由各项几何误差决定，与目标靶镜的被测距离无关。
本发明采用的技术方案为一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法分为三个步骤。第一，对于水平回转轴的每一个回转角度，垂直回转轴在测量空间内均需要完成正向和反向两次对目标靶镜进行跟踪测量。第二，通过转台在0°位置和180°位置的两次测量，分离出转台的回转误差。第三，在激光追踪仪回转中心和转台回转中心不同心的前提下，计算出激光追踪仪待补偿的误差，同时给出偏心量和转台的回转半径。
激光追踪仪通过螺纹连接的方式与上层连接板固定连接，上层连接板通过螺纹连接的方式与二维移动滑台的上端面固定连接。二维移动滑台通过螺纹连接的方式与下层连接板固定连接，下层连接板通过螺纹连接的方式与转台固定连接。二维移动滑台将激光追踪仪中心调至与转台中心重合。在距转台回转中心外侧竖直放置有一根直线导轨。将目标靶镜固定安装在滑块上，并保证目标靶镜上极限位置和目标靶镜下极限位置均位于激光追踪仪的测量空间中。当激光追踪仪位于零点位置时即垂直回转轴回转角度θ＝0，水平回转轴回转角度激光追踪仪的激光束照射在导轨中间位置的目标靶镜上。目标靶镜在直线导轨上任意位置时，转台需要在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，激光追踪仪也完成两次反向360°的回转，最终实现激光追踪仪对被测空间所有位置的测量。
转台从0°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T1(θ)。转台从180°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T2(θ)。S(θ)表示转台回转误差，P(θ)表示除转台回转误差外的误差。转台回转误差的分离如公式(1)-公式(4)所示。
T1(θ)＝P(θ)+S(θ) (1)
T2(θ)＝P(θ)-S(θ) (2)
P(θ)＝1/2[T1(θ)+T2(θ)] (3)
S(θ)＝1/2[T1(θ)-T2(θ)] (4)
建立测量系统的坐标系O-xy。O点为转台的回转中心，A点为激光追踪仪的回转中心，M点为目标靶镜的位置，y轴对应激光追踪仪的零点位置，a、b为激光追踪仪在x、y方向的偏心距离，θi为转台的回转角度，rθi+c为激光追踪仪中心距目标靶镜的距离，rθi为激光追踪仪测量值，R为拟合的转台回转半径。通过最小二乘法求解公式(5)，根据公式(6)计算出a、b、c和R。
其中，E＝aR，F＝bR，G＝c2-a2-b2-R2，i表示测量次数，N为测量总次数。
将a、b、c和rθi带入公式(7)，能够计算出任意角度下的Rθ。以R(θ＝0)为初值，Δ(θ)＝Rθ-R(θ＝0)为当水平回转轴为某固定角度时，激光追踪仪待补偿的误差值。
得到激光追踪仪在空间固定角度下待补偿的误差值后，利用二维线性插值法，绘制激光追踪仪待补偿的误差图谱，从而得到激光追踪仪在垂直回转轴和水平回转轴任意回转角度下的误差补偿值。em为最大误差值，en为最小误差值。
附图说明
图1为激光追踪仪几何误差补偿方法示意图。
图2为上层连接板示意图。
图3为下层连接板示意图。
图4为激光追踪仪几何误差补偿方法测量原理图。
图5为激光追踪仪待补偿的误差图谱。
图中标记：1-激光追踪仪，2-上层连接板，3-二维移动滑台，4-下层连接板，5-转台，6-直线导轨，7-滑块，8-目标靶镜，9-目标靶镜上极限位置，10-目标靶镜下极限位置，11-上层连接板螺纹孔，12-上层连接板沉头孔，13-下层连接板沉头孔，14-下层连接板通孔螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施方式，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1所示，二维移动滑台3的上端面与激光追踪仪1连接，二维移动滑台3的下端面与固定在转台5上。调节二维移动滑台3，使激光追踪仪1的中心与转台5的中心重合。在距转台5回转中心外侧竖直放置一根直线导轨6。将目标靶镜8固定安装在滑块7上，滑块7位于直线导轨6的零点位置，激光追踪仪1也位于零点位置，即垂直回转轴回转角度θ＝0，水平回转轴回转角度此时，转台5在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，并记录激光追踪仪1的测量数据。滑块7沿直线导轨6正向以150mm为步长，分别移动五次。滑块7位于每一个位置时，转台5均需在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，并记录激光追踪仪1的测量数据。
当完成对目标靶镜上极限位置的测量后，滑块回零位，然后沿直线导轨负向以150mm为步长，分别移动五次。滑块7位于每一个位置时，转台5均需在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，并记录激光追踪仪1的测量数据。激光追踪仪1完成对被测空间范围内目标靶镜的测量，即垂直回转轴回转范围为-360°<θ<+360°，水平回转轴回转范围为
利用反向法，将转台5的回转误差分离出来，使测量结果中仅包含激光追踪仪1的测量误差以及激光追踪仪1回转中心与转台5回转中心的偏心误差。
转台从0°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T1(θ)。转台从180°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T2(θ)。S(θ)表示转台回转误差，P(θ)表示除转台回转误差外的误差。转台回转误差的分离如公式(1)-公式(4)所示。
T1(θ)＝P(θ)+S(θ) (1)
T2(θ)＝P(θ)-S(θ) (2)
P(θ)＝1/2[T1(θ)+T2(θ)] (3)
S(θ)＝1/2[T1(θ)-T2(θ)] (4)
如图4所示，建立测量系统的坐标系O-xy。O点为转台的回转中心，A点为激光追踪仪的回转中心，M点为目标靶镜的位置，y轴对应激光追踪仪的零点位置，a、b为激光追踪仪在x、y方向的偏心距离，θi为转台的回转角度，rθi+c为激光追踪仪中心距目标靶镜的距离，rθi为激光追踪仪测量值，R为拟合的转台回转半径。通过最小二乘法求解公式(5)，根据公式(6)计算出a、b、c和R。
其中，E＝aR，F＝bR，G＝c2-a2-b2-R2，i表示测量次数，N为测量总次数；
将a、b、c和rθi带入公式(7)，能够计算出任意角度下的Rθ。以R(θ＝0)为初值，Δ(θ)＝Rθ-R(θ＝0)为当水平回转轴为某固定角度时，激光追踪仪待补偿的误差值。
如图5所示，得到激光追踪仪在空间固定角度下待补偿的误差值后，利用二维线性插值法，绘制激光追踪仪待补偿的误差图谱，从而得到激光追踪仪在垂直回转轴和水平回转轴任意回转角度下的误差补偿值。em为最大误差值，en为最小误差值。
通过使用一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法，能够有效地提高激光追踪仪测量精度，同时也保证了基于多边法的激光跟踪测量系统的可靠性。
对所公开实施案例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对本实施案例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施案例中体现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施案例，而是要求符合本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法，其特征在于：该方法分为三个步骤；第一，对于水平回转轴的每一个回转角度，垂直回转轴在测量空间内均需要完成正向和反向两次对目标靶镜进行跟踪测量；第二，通过转台在0°位置和180°位置的两次测量，分离出转台的回转误差；第三，在激光追踪仪回转中心和转台回转中心不同心的前提下，计算出激光追踪仪待补偿的误差，同时给出偏心量和转台的回转半径；
激光追踪仪通过螺纹连接的方式与上层连接板固定连接，上层连接板通过螺纹连接的方式与二维移动滑台的上端面固定连接；二维移动滑台通过螺纹连接的方式与下层连接板固定连接，下层连接板通过螺纹连接的方式与转台固定连接；二维移动滑台将激光追踪仪中心调至与转台中心重合；在距转台回转中心外侧竖直放置有一根直线导轨；将目标靶镜固定安装在滑块上，并保证目标靶镜上极限位置和目标靶镜下极限位置均位于激光追踪仪的测量空间中；当激光追踪仪位于零点位置时即垂直回转轴回转角度θ＝0，水平回转轴回转角度激光追踪仪的激光束照射在导轨中间位置的目标靶镜上；目标靶镜在直线导轨上任意位置时，转台需要在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，激光追踪仪也完成两次反向360°的回转，最终实现激光追踪仪对被测空间所有位置的测量；
转台从0°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T1(θ)；转台从180°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T2(θ)；S(θ)表示转台回转误差，P(θ)表示除转台回转误差外的误差；转台回转误差的分离如公式(1)-公式(4)所示；
T1(θ)＝P(θ)+S(θ) (1)
T2(θ)＝P(θ)-S(θ) (2)
P(θ)＝1/2[T1(θ)+T2(θ)] (3)
S(θ)＝1/2[T1(θ)-T2(θ)] (4)
建立测量系统的坐标系O-xy；O点为转台的回转中心，A点为激光追踪仪的回转中心，M点为目标靶镜的位置，y轴对应激光追踪仪的零点位置，a、b为激光追踪仪在x、y方向的偏心距离，θi为转台的回转角度，为激光追踪仪中心距目标靶镜的距离，为激光追踪仪测量值，R为拟合的转台回转半径；通过最小二乘法求解公式(5)，根据公式(6)计算出a、b、c和R；
其中，E＝aR，F＝bR，G＝c2-a2-b2-R2，i表示测量次数，N为测量总次数；
将a、b、c和带入公式(7)，能够计算出任意角度下的Rθ；以R(θ＝0)为初值，Δ(θ)＝Rθ-R(θ＝0)为当水平回转轴为某固定角度时，激光追踪仪待补偿的误差值；
得到激光追踪仪在空间固定角度下待补偿的误差值后，利用二维线性插值法，绘制激光追踪仪待补偿的误差图谱，从而得到激光追踪仪在垂直回转轴和水平回转轴任意回转角度下的误差补偿值；em为最大误差值，en为最小误差值。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111380463A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种旋转中心偏移量测试装置及测试方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109540074B (zh) * 2018-12-07 2020-04-28 中联重科股份有限公司 起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机
CN109884659B (zh) * 2019-03-04 2021-02-02 北京工业大学 基于激光追踪仪多站位测量系统的大型精密转台标定方法
CN109974587B (zh) * 2019-04-20 2020-08-07 北京工业大学 一种激光追踪仪几何误差补偿方法
CN109974586B (zh) * 2019-04-20 2021-03-16 北京工业大学 用于激光追踪仪几何误差又一补偿装置
CN110524309B (zh) * 2019-08-30 2020-10-27 西安交通大学 基于四基站激光追踪系统的数控转台几何误差测量方法
CN114034244B (zh) * 2021-11-08 2023-01-31 北京工业大学 一种基于Makima算法获得CMM测量范围内任意点几何误差的方法
CN114184086B (zh) * 2021-12-13 2023-10-03 绵阳久强智能装备有限公司 一种用于反狙击手机器人的光电跟踪图像对准方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202255414U (zh) * 2011-08-25 2012-05-30 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种可倾角校准装置
CN103884278B (zh) * 2014-03-07 2019-09-27 中国科学院光电研究院 一种激光跟踪仪几何角度误差综合修正方法
CN104061856A (zh) * 2014-04-02 2014-09-24 中航飞机股份有限公司西安飞机分公司 一种激光跟踪仪移站精度检查及补偿方法
WO2016007918A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 Aaron Hudlemeyer Laser tracker calibration system and methods
CN105806220B (zh) * 2016-04-23 2018-06-01 北京工业大学 一种激光跟踪测量系统结构误差补偿方法
CN106052556B (zh) * 2016-06-22 2018-07-13 北京工业大学 一种三坐标测量机空域坐标修正方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111380463A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种旋转中心偏移量测试装置及测试方法

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