CN111579232B - 二自由度关节测量的角度标定装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种二自由度关节测量的角度标定装置和方法，该装置包括二自由度转动夹具、驱动器、水平向角度测量单元、竖直向角度测量单元及角度数据采集装置，二自由度转动夹具包括水平转轴、竖直转轴、前夹持件和后夹持件，前夹持件经设置使工件前端被夹紧后仍允许在竖直方向和水平方向摆动，后夹持件经设置使工件后端被夹紧后不允许在竖直方向和水平方向摆动，且使工件被夹紧后也不允许扭动和滑动；前夹持件被支撑安装在竖直转轴上，竖直转轴被支撑安装在水平转轴上，水平转轴与竖直转轴分别装载水平向角度测量单元和竖直向角度测量单元，驱动器驱动工件前端在水平方向和竖直方向偏转。该角度标定装置标定精度高，可实现完全自动化标定，大大节省人力。

Description

二自由度关节测量的角度标定装置和方法

技术领域

本发明涉及传感及机器人领域，特别是涉及一种二自由度关节测量的角度标定装置和方法。

背景技术

二自由度关节测量广泛应用于各类机械结构中，如多轴机器人，测量精度直接影响机械结构的工作精度。自由度指不同方向的运动，本文中二自由度指水平和竖直转动，有些地方也用二维代替。实际工业应用中，由于零件加工误差、机械结构运动误差、测量方式等等原因可能造成二自由度角度测量误差甚至错误，轻则造成机械结构磨损，重则造成机械无法工作。一自由度关节测量往往通过人工目测即可标定，二自由度比一自由度多一个维度，因此可能产生耦合问题，并且人工方式无法遍历各个空间角，难以通过人工标定。

角度耦合是指两个相互垂直的角度自由度本应彼此无影响，但实际出现一个自由度影响另一个自由度，如竖直方向转动10°时，发现水平方向转动1°，角度耦合最简单的情况是两个轴点定位不重合或不垂直，也可能是测量系统出现故障。

一种二自由度角度手动标定器件，它由两个方向的摆角器垂直放置而成，两个方向均可360°进行旋转，采用手动加目测进行标定。这种方案具有的缺点是：(1)手动标定效率过低，一个完整二维角度标定需要近一小时时间；(2)目测精度过低，只能精确到0.1°；(3)只能对水平、竖直方向进行标定，只适合使用在两个方向无耦合、传递函数唯一的单输入单输出结构有效。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种二自由度关节测量的角度标定装置和方法，解决传统方式标定费时费力以及不精确的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种二自由度关节测量的角度标定装置，包括二自由度转动夹具、驱动器、水平向角度测量单元、竖直向角度测量单元、角度数据采集装置和处理单元，所述二自由度转动夹具包括水平转轴、竖直转轴、前夹持件和后夹持件，所述前夹持件用于夹持工件前端，所述后夹持件用于夹持工件后端，所述前夹持件经设置使工件前端被夹紧后仍允许在竖直方向和水平方向摆动，所述后夹持件经设置使工件后端被夹紧后不允许在竖直方向和水平方向摆动，且使工件被夹紧后也不允许扭动和滑动；所述前夹持件被支撑安装在所述竖直转轴上，所述竖直转轴被支撑安装在所述水平转轴上，所述水平转轴与所述竖直转轴分别装载所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元，所述角度数据采集装置用于采集测量的角度数据并传送给所述处理单元；所述驱动器用于驱动工件前端在水平方向和竖直方向偏转。

进一步地：

所述前夹持件包括用于放置工件前端的前V型槽和位于所述前V型槽上方的前压板，所述后夹持件包括用于放置工件后端的后V型槽和位于所述后V型槽上方的后压板，所述前V型槽及所述前压板在沿工件长轴方向上具有相对较窄的第一宽度，后V型槽及所述后压板在沿工件长轴方向上具有相对较宽的第二宽度。

还包括用于调节所述后夹持件的高度的高度调节装置。

还包括耦合到所述驱动器上的微调机构，用于对所述驱动器的水平和竖直输出进行微调。

所述水平角度测量单元和所述竖直向角度测量单元为编码器、霍尔元件、弧形光栅尺或光学元件。

还包括设置在所述工件的前端的摄像头，以及在所述摄像头的视场内的预设距离处放置的标定板。

一种二自由度关节测量的角度标定方法，使用所述的角度标定装置，对具有二维角度输出能力的工件的二维角度测量进行标定，所述标定方法包括：

使用标准件初始化所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元使其归零；

将所述工件装在所述二自由度转动夹具上，所述驱动器驱动所述工件的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元读取角度数据，所述工件本身的角度测量系统也读取角度数据，所述驱动器再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元读取的二维角度数据与所述工件自身测量的二维角度数据，将所述工件的测量数据校正为角度测量单元测量的角度数据。

通过所述微调机构对所述驱动器的水平和竖直输出进行微调，将所述驱动器的步进位置网格与前一次标定时的步进位置网格错位后再次进行标定，以增加数据点，提高标定精度。

一种二自由度关节测量的角度标定方法，使用所述的角度标定装置，对具有二维角度输出能力的工件的二维角度测量进行标定，所述标定方法包括：

使用标准件初始化所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元使其归零；

将所述工件装在所述二自由度转动夹具上，所述驱动器驱动所述工件的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元读取角度数据，所述摄像头拍摄所述标定板的图像数据，所述驱动器再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元读取的二维角度数据与所述摄像头拍摄的所述标定板的图像数据，将所述图像数据校正为角度测量单元测量的角度数据；

所述驱动器驱动所述工件的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述摄像头拍摄所述标定板的图像数据，所述工件本身的角度测量系统读取角度数据，所述驱动器再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述摄像头拍摄的所述标定板的图像数据与所述工件自身测量的二维角度数据，将所述工件的测量数据校正为所述标定板的图像数据所对应的角度数据。

利用所述图像数据，通过标定板像素对齐的方式，计算所述标定板在视场内偏离的像素数来确定摄像头角度偏离。

一种对二自由度有耦合、单输入多输出或多输入单输出的结构进行诊断检测的方法，使用所述的角度标定装置，通过所述驱动器驱动工件按随机或按预定方式进行二维角度状态遍历，当检测到工件的输出数据与所述角度标定装置的输出数据的差别大于预定阈值时，将相应的状态变化确定为故障路径。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出一种二自由度关节测量的角度标定装置和方法，可以实现自动化的二维角度标定，并能够减少人工，降低误差，提高标定的效率和精度，有效避免了传统方法标定费时、不精确、可重复性不高等问题。此外，利用本发明的装置，通过二维角度遍历的方式，能够实现对二自由度有耦合的结构、单输入多输出或多输入单输出的结构进行诊断检测。

本发明的角度标定装置结构简单，标定精度高，可利用计算机程序控制实现完全自动化标定，大大节省人力，并且可以达到传统方法无法达到的角度变化的遍历性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的二自由度关节测量的角度标定装置的结构示意图。

图2为本发明一种实施例的前夹持件、水平转轴和竖直转轴的结构示意图。

图3为本发明另一种实施例的二自由度关节测量的角度标定装置的结构示意图。

图4a为本发明一种实施例的角度标定装置进行标定前的后夹持件的高度调节示意图。

图4b为本发明一种实施例的角度标定装置进行标定前初始化角度测量单元的示意图。

图5a为本发明一种实施例的角度标定方法的原始步进位置网格示意图。

图5b为本发明一种实施例的角度标定方法的错位后步进位置网格示意图。

图6a和图6b示出采用三根光纤光栅对一个关节进行欧拉角度测量的两种状态变化。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图4b，本发明实施例提出一种二自由度关节测量的角度标定装置，包括二自由度转动夹具、驱动器6、水平向角度测量单元9、竖直向角度测量单元7、角度数据采集装置(未图示)和处理单元(未图示)，所述二自由度转动夹具包括水平转轴13、竖直转轴14、前夹持件和后夹持件，所述前夹持件用于夹持工件10前端，所述后夹持件用于夹持工件10后端，所述前夹持件经设置使工件10前端被夹紧后仍允许在竖直方向和水平方向摆动，所述后夹持件经设置使工件10后端被夹紧后在竖直方向和水平方向均不允许摆动，且使工件被夹好后也不允许扭动和滑动。所述前夹持件被支撑安装在所述竖直转轴14上，所述竖直转轴14被支撑安装在所述水平转轴13上，所述水平转轴13与所述竖直转轴14分别装载所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7，所述角度数据采集装置用于采集测量的角度数据并传送给所述处理单元以进行角度标定。所述驱动器6用于驱动工件10前端在水平方向和竖直方向偏转。进行标定时，所述驱动器6的驱动角度在测量单元的测量范围内。

参阅图1，在优选的实施例中，所述前夹持件包括用于放置工件10前端的前V型槽2和位于所述前V型槽2上方的前压板1，所述后夹持件包括用于放置工件10后端的后V型槽4和位于所述后V型槽4上方的后压板3，其中，所述前V型槽2及所述前压板1在沿工件10长轴方向上具有相对较窄的第一宽度，后V型槽及所述后压板3在沿工件10长轴方向上具有相对较宽的第二宽度。后夹持件的主要作用是固定后端，因此使用较宽的夹持件，而前夹持件使用较窄的夹持件，从而能够被工件转角精确带动。

夹持工件10时，任意摆动工件10前端，当发现前、后夹持件均无滑动则完成夹持，若仍有滑动，调整前、后夹持位置及后夹持件的高度，直至工件任意摆动时前后夹件持均无滑动。

参阅图1，在优选的实施例中，所述角度标定装置还包括用于调节所述后夹持件的高度的高度调节装置5。

参阅图1，在优选的实施例中，所述角度标定装置还包括耦合到所述驱动器上的微调机构8，用于对所述驱动器6的水平和竖直输出进行微调。

在不同的实施例中，所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7可以采用(但不限于)编码器、霍尔元件、弧形光栅尺或光学元件等角度测量器件。

参阅图3，在优选的实施例中，所述角度标定装置还包括设置在所述工件10的前端的摄像头11，以及在所述摄像头11的视场内的预设距离处放置的标定板12。

本发明实施例还提出一种二自由度关节测量的角度标定方法，使用所述的角度标定装置，对具有二维角度输出能力的工件的二维角度测量进行标定，所述标定方法包括：

使用标准件初始化所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7使其归零；

将所述工件10装在所述二自由度转动夹具上，所述驱动器6驱动所述工件10的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7读取角度数据，所述工件10本身的角度测量系统也读取角度数据，所述驱动器6再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器6驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器6驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7读取的二维角度数据与所述工件10自身测量的二维角度数据，将所述工件10的测量数据校正为角度测量单元测量的角度数据。

在优选的实施例中，通过所述微调机构8对所述驱动器6的水平和竖直输出进行微调，将所述驱动器6的步进位置网格与前一次标定时的步进位置网格(参阅图5a)错位后再次进行标定(参阅图5b)，由此增加数据点，从而提高标定精度。

本发明实施例还提出另一种二自由度关节测量的角度标定方法，使用所述的角度标定装置，对具有二维角度输出能力的工件10的二维角度测量进行标定，所述标定方法包括：

使用标准件初始化所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7使其归零；

将所述工件10装在所述二自由度转动夹具上，所述驱动器6驱动所述工件10的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7读取角度数据，所述摄像头11拍摄所述标定板12的图像数据，所述驱动器6再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器6驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器6驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述水平向角度测量单元9和所述竖直向角度测量单元7读取的二维角度数据与所述摄像头11拍摄的所述标定板12的图像数据，将所述图像数据校正为角度测量单元测量的角度数据；

所述驱动器6驱动所述工件10的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述摄像头11拍摄所述标定板12的图像数据，所述工件10本身的角度测量系统读取角度数据，所述驱动器6再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器6驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器6驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述摄像头11拍摄的所述标定板12的图像数据与所述工件10自身测量的二维角度数据，将所述工件10的测量数据校正为所述标定板12的图像数据所对应的角度数据。

利用所述图像数据，可以通过标定板像素对齐的方式，计算所述标定板12在视场内偏离的像素数来确定摄像头角度偏离。

优选实施例增加摄像头标定能够应对如下情况：当角度变化及其微小时，分辨率不够高的编码器无法分辨角度变化，但改变摄像头与标定板的位置可以得到任意微小的分辨率，并确定与之对应的微小的角度变化。此外，从成本角度考虑时，高分辨率编码器更为昂贵且精密，摄像头及标定板成本更低，用摄像头及标定板通过高分辨率编码器标定后得到精密的标定效果并降低成本。

本发明实施例还提出一种对二自由度有耦合、单输入多输出或多输入单输出的结构进行诊断检测的方法，使用所述的角度标定装置，通过所述驱动器驱动工件按随机或按预定方式进行二维角度状态遍历，当检测到工件的输出数据与所述角度标定装置的输出数据的差别大于预定阈值时，将相应的状态变化确定为故障路径。

使用本发明实施例的二自由度关节测量的角度标定装置和方法，可以实现自动化的二维角度标定，并能够减少人工，降低误差，提高标定的效率和精度，有效避免了传统方法标定费时、不精确、可重复性不高等问题。此外，利用本发明的装置，通过二维角度遍历的方式，能够实现对二自由度有耦合的结构、单输入多输出或多输入单输出的结构进行诊断检测。

本发明实施例的装置结构简单，标定精度高，可以利用计算机程序控制标定过程，实现完全自动化标定，大大节省人力，并且可以达到传统方法无法达到的角度变化的遍历性。

以下结合附图进一步描述本发明的具体实施例。

具体实施例的角度测量单元可采用编码器。编码器是一种应用于旋转部件的角度测量器，根据其位数不同分辨率不同，例如单圈12位编码器是将一圈360°分为2的12次幂即4096个部分，每部分0.088°，由于一微弧度为0.057°，因此可以认为12位编码器精度到微弧度。

如图1所示，装置的主体包括一个二自由度转动夹具，水平转轴与竖直转轴分别装载横向编码器和纵向编码器。

驱动器采用直线驱动器，例如直线驱动电机，可以在两个竖直方向进行直线驱动。微调机构可微调竖直或水平位移。

二自由度转动夹具包括前V型槽和前压板及后V型槽和后压板，前V型槽及前压板在沿待测工件长轴方向上窄，待测工件前端被夹紧后，仍可竖直方向摆动，后V型槽及后压板在待测工件长轴方向上宽，待测工件后端被夹紧后，不可在竖直方向摆动。

待测工件前端与直线驱动部分不完全紧配合，通过有限限制，容许工件与驱动部件有轻微滑动，但滑动仅限沿工件长轴方向，工件水平及竖直方向的角度扭摆完全被驱动部件限制。

标定方法

1、常规标定

工件本身具有二维角度输出能力，将工件本身的二维角度测量与其实际的二维角度进行标定，标定的目的是使工件本身的角度输出与其实际的角度相一致。

参阅图4a，首先，将工件置于装置上，前端放置于前V型槽，后端放置于后V型槽，不停旋转前端A点，并调节工件前后位置及后夹具的高度，如果观察到工件前端和后端均与装置无相对滑动则固定后夹具高度。此时工件的轴点O与装置的旋转轴点相重合。

参阅图4b，取与工件前后外径相同的柱形标准具，将其放置于夹具上夹紧压板，初始化两个编码器使其归零。

接下来，放置工件，直线驱动器开始驱动工件前端转动，其标定流程为直线电机首先驱动至驱动器零点，然后驱动一个自由度最小步进长度，编码器读取角度，工件本身的角度测量系统读取角度，直线电机再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，当直线电机驱动到该自由度极限时，另一个自由度直线电机驱动一个最小步进长度，直至遍历整个二维空间的所有步进位置。计算单元取得编码器的二维角度数据与工件自身的二维角度数据，两个数据分别拟合或插值，构建转换矩阵将工件的测量数据校正为编码器的角度数据即完成常规标定。

2、增加精度的标定

常规标定的过程中，往往直线电机的最小步进精度低于编码器的精度，造成数据在拟合或插值过程中精度降低，增加精度的方法是通过微调机构调节直线驱动，将直线电机的步进位置网格错位后再次标定即可增加数据点，参阅图5a和图5b。

3、进一步增加精度的标定

若高精度编码器过于昂贵或需要精度高于编码器精度，则通过优选实施例进行视觉标定。本实施例的装置在工件前端A增加一个摄像头，再在摄像头视场内的一定距离处放置一个标定板。

首先用标准件确定编码器零点，然后装载工件，使用编码器数据标定图像数据，流程前面相同，不同之处将工件输出角度数据改为摄像头的图像数据，然后使用图像数据再次标定一遍工件数据，流程与前面相同，其中该节编码器数据换为图像数据。

角度偏离的图像数据可通过计算标定板在视场内偏离的像素数确定，因此可以精确到像素级别。通过一些如质心算法等图像处理方式可以精确到亚像素级别，本实施例方法的精度由摄像头CCD像素密度、摄像头镜头的像差、焦距和标定板与装置的距离决定，像素密度越大、摄像头镜头像差越小、像素密度越大、标定板越远则标定越精确。

本方法可以应用在需要标定的精度极高而范围要求较小的情况。

诊断方法

在一些情况下，工件的角度数据受之前的状态决定或具有时变性，这种情况下无法通过传统方法发现问题，本发明可提供自动化诊断方法。

图6a和图6b示出采用三根光纤光栅对一个关节进行欧拉角度测量的两种状态变化，弯曲状态与上一状态相关。图6a中，竖直方向转角时，光纤从自然开始弯曲；图6b中，关节有初始方向时，光纤从上一弯曲的方向开始弯曲。在此例子中，可能出现第一次关节从0°转到x方向20°、y方向10°，第二次关节从x方向-30°、y方向30°转到x方向20°、y方向10°，虽然两次角度弯曲最终状态相同，但在最终状态时三根光纤光栅的输出值却不一样，这个原因是可能出现第一次转向时三根光纤均从自然状态开始弯曲，第二次转向时三根光纤从角度较大状态转向另一个方向角度，三根光纤可能各自扭转方向与第一次不同，光纤可能有横向的扭转。或者说，这种测量每种状态与上一状态相关。

对于上述情况，传统方法无法确定状态变化的传递函数，用本发明的装置可以让直线驱动器随机在二维空间内走行，长时间进行尽可能的状态遍历，当发现工件输出数据与装置输出数据差别较大时，该状态变化即为故障路径。

另一个例子是对一些简单的曲率测量器件(如银胶与硅胶混合材料)，测量弯曲拉伸后的电阻变化等。当长时间工作后材料老化，信号缓慢劣化偏离，但常用手段无法确定老化曲线，采用本发明的装置，可以在老化箱中一直进行工件的自动化连续弯曲实验，同时进行数据采集。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (5)

1.一种二自由度关节测量的角度标定方法，使用角度标定装置，对具有二维角度输出能力的工件的二维角度测量进行标定，其特征在于，所述角度标定装置包括二自由度转动夹具、驱动器、水平向角度测量单元、竖直向角度测量单元、角度数据采集装置和处理单元，所述二自由度转动夹具包括水平转轴、竖直转轴、前夹持件和后夹持件，所述前夹持件用于夹持工件前端，所述后夹持件用于夹持工件后端，所述前夹持件经设置使工件前端被夹紧后仍允许在竖直方向和水平方向摆动，所述后夹持件经设置使工件后端被夹紧后不允许在竖直方向和水平方向摆动，且使工件被夹紧后也不允许扭动和滑动；所述前夹持件被支撑安装在所述竖直转轴上，所述竖直转轴被支撑安装在所述水平转轴上，所述水平转轴与所述竖直转轴分别装载所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元，所述角度数据采集装置用于采集测量的角度数据并传送给所述处理单元；所述驱动器用于驱动工件前端在水平方向和竖直方向偏转；还包括设置在所述工件的前端的摄像头，以及在所述摄像头的视场内的预设距离处放置的标定板；

所述角度标定方法包括：

使用标准件初始化所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元使其归零；

将所述工件装在所述二自由度转动夹具上，所述驱动器驱动所述工件的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元读取角度数据，所述摄像头拍摄所述标定板的图像数据，所述驱动器再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述水平向角度测量单元和所述竖直向角度测量单元读取的二维角度数据与所述摄像头拍摄的所述标定板的图像数据，将所述图像数据校正为角度测量单元测量的角度数据；其中利用所述图像数据，通过标定板像素对齐的方式，计算所述标定板在视场内偏离的像素数来确定摄像头角度偏离；

所述驱动器驱动所述工件的前端转动，其中，首先驱动至驱动器零点，然后驱动第一个自由度的最小步进长度，所述摄像头拍摄所述标定板的图像数据，所述工件本身的角度测量系统读取角度数据，所述驱动器再次驱动一个最小步进长度并重复上述过程，每当所述驱动器驱动到所述第一个自由度极限时，所述驱动器驱动第二个自由度的最小步进长度，重复以上过程直至遍历整个二维空间的所有步进位置；

所述处理单元根据所述摄像头拍摄的所述标定板的图像数据与所述工件自身测量的二维角度数据，将所述工件的测量数据校正为所述标定板的图像数据所对应的角度数据。

2.如权利要求1所述的二自由度关节测量的角度标定方法，其特征在于，所述前夹持件包括用于放置工件前端的前V型槽和位于所述前V型槽上方的前压板，所述后夹持件包括用于放置工件后端的后V型槽和位于所述后V型槽上方的后压板，所述前V型槽及所述前压板在沿工件长轴方向上具有相对较窄的第一宽度，后V型槽及所述后压板在沿工件长轴方向上具有相对较宽的第二宽度。

3.如权利要求1或2所述的二自由度关节测量的角度标定方法，其特征在于，还包括用于调节所述后夹持件的高度的高度调节装置。

4.如权利要求1至2任一项所述的二自由度关节测量的角度标定方法，其特征在于，还包括耦合到所述驱动器上的微调机构，用于对所述驱动器的水平和竖直输出进行微调。

5.如权利要求1至2任一项所述的二自由度关节测量的角度标定方法，其特征在于，所述水平角度测量单元和所述竖直向角度测量单元为编码器、霍尔元件、弧形光栅尺或光学元件。

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