CN113733160B - 工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，包括如下步骤：用三棱角锥反射器标定平行光管的光学零点，用标准平面反射镜校准平行光管的工作平面与平行光束光轴的垂直度，安装标准平面反射镜和平行光管，微调旋转关节动轴补偿倾角，微调旋转关节定轴补偿倾角，用平行光管的测量系统计算反射光斑位置相对坐标与活动立柱旋转360°过程中的平均值和均方根值，测得旋转关节垂直轴轴差；本发明方法可对≤10urad的工业机器人旋转关节垂直轴轴差进行准确的光学测量与调试，能准确的测出工业机器人旋转关节垂直轴轴差，能满足≤10urad的高精度应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，具体为工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法。
背景技术
工业机器人旋转关节垂直轴轴差是指旋转关节活动过程中，旋转立柱上安装平面的垂直轴轴线与旋转关节上安装基面的垂直轴轴线之间的夹角偏差，一半用轴差平均值和均方根值表示，垂直轴轴差越小，则工业机器人末端的位移执行转度越高，在执行转度要求较高的应用中，对工业机器人旋转关节的垂直轴轴差要求优于10微弧度量级，而现如今的测量与调试方法只能达到100微弧度量级，无法满足小于10微弧度量级的高精度应用需求。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，其可测量出≤10urad的垂直轴轴差，能满足≤10urad的高精度应用需求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，包括如下步骤：
1)用三棱角锥反射器标定具有远场光斑和角度测量功能的平行光管的光学零点；
2)将标准平面反射镜的镀反射膜的一面与平行光管的底端的工作基面重合，微调平行光管的工作基板与支撑壳体安装面之间的补偿倾角，当反射光斑位置与平行光管的光学零点重合误差≤5urad时，锁定平行光管的工作基板；
3)将标准平面反射镜安装在工业机器人的旋转关节活动立柱底端的主安装基面上，且标准平面反射镜镀反射膜的一面与所述主安装基面重合；
4)将平行光管安装至工业机器人的旋转关节的活动立柱顶端的安装平面上且平行光管与所述标准平面反射镜相对应；
5)通过平行光管的测量系统记录反射光斑至活动立柱旋转360°过程中的画圆轨迹；
6)微调工业机器人的旋转关节的固定基座与驱动电机定轴承之间的定轴补偿倾角θ2，直至反射光斑指向步骤5中的画圆轨迹的圆心；
7)用平行光管的测量系统计算光斑位置相对坐标至活动立柱旋转360°过程中的均方根值；
8)依次重复步骤5、步骤6、步骤7若干次，直至步骤7中的光斑位置相对坐标均方根值≤5urad时，锁定定轴补偿倾角θ2的角度；
9)微调工业机器人的旋转关节的活动立柱与驱动电机动轴承之间的动轴补偿倾角θ1，直至反射光斑指向平行光管的光学零点；
10)用平行光管的测量系统计算光斑位置相对坐标与活动立柱旋转360°过程中的平均值；
11)依次重复步骤9、步骤10若干次，直至步骤10中的光斑位置相对坐标平均值的绝对值≤5urad时，锁定动轴补偿倾角θ1的角度；
12)用平行光管的测量系统计算光斑位置相对坐标与活动立柱旋转360°过程中的平均值和均方根值，得到旋转关节垂直轴轴差；
13)取下平行光管和标准平面反射镜。
优选地，所述平行光管的光束质量≤1.3倍衍射极限，平行光管内的CCD探测器的像素中心最小间距Δ与测量系统接收光路等效间距f的对比值：
所述平行光管的激光发射源的波长λ与发出的平行光束直径D的比值：
工作基面的面形误差峰值≤1um，所述平行光管的处理显示模块采用光斑强度分布一阶矩质心算法计算光斑位置相对坐标。
优选地，所述三棱角锥反射器为二面角垂直度误差≤5urad的三棱角锥反射器。
优选地，所述标准平面反射镜一面镀反射膜，另一面镀增透膜，且所述标准平面反射镜的直径大于所述平行光管的平行光束的直径，且小于固定基座的内腔直径。
本发明的有益效果在于：本方法可对≤10urad的工业机器人旋转关节垂直轴轴差进行准确的光学测量与调试，能准确的测出工业机器人旋转关节垂直轴轴差，能满足≤10urad的高精度应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法的测量状态示意图。
附图标记说明：
1-主安装基面，2-固定基座，3-驱动电机定轴承，4-驱动电机动轴承，5-平行光束，6-平行光管，7-活动立柱，8-标准平面反射镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，包括如下步骤：
1)用三棱角锥反射器标定具有远场光斑和角度测量功能的平行光管6的光学零点；
2)将标准平面反射镜8的镀反射膜的一面与平行光管6的底端的工作基面重合，微调平行光管6的工作基板与支撑壳体安装面之间的补偿倾角，当反射光斑位置与平行光管6的光学零点重合误差≤5urad时，锁定平行光管6的工作基板，降低误差，有利于测量的更加准确；
3)将标准平面反射镜8安装在工业机器人的旋转关节活动立柱底端的主安装基面1上，标准平面反射镜8用于反射平行光管6射出的平行光束5，便于轴差的测量，且标准平面反射镜8镀反射膜的一面与主安装基面1重合；
4)将平行光管6安装至工业机器人的旋转关节的活动立柱顶端的安装平面上且平行光管6与标准平面反射镜8相对应；
5)通过平行光管6的测量系统记录反射光斑至活动立柱旋转360°过程中的画圆轨迹；
6)微调工业机器人的旋转关节的固定基座2与驱动电机定轴承3之间的定轴补偿倾角θ2，直至反射光斑指向步骤5中的画圆轨迹的圆心，微调θ2用于消除垂直轴定轴误差；
7)用平行光管6的测量系统计算光斑位置相对坐标至活动立柱旋转360°过程中的均方根值；
8)依次重复步骤5、步骤6、步骤7若干次，直至步骤7中的光斑位置相对坐标均方根值≤5urad时，锁定定轴补偿倾角θ2的角度，便于测量的结果更精确；
9)微调工业机器人的旋转关节的活动立柱7与驱动电机动轴承4之间的动轴补偿倾角θ1，直至反射光斑指向平行光管6的光学零点，用于消除垂直轴动轴误差；
10)用平行光管6的测量系统计算光斑位置相对坐标与活动立柱7旋转360°过程中的平均值；
11)依次重复步骤9、步骤10若干次，直至步骤10中的光斑位置相对坐标平均值的绝对值≤5urad时，锁定动轴补偿倾角θ1的角度，便于测量的结果更精确；
12)用平行光管6的测量系统计算光斑位置相对坐标与活动立柱7旋转360°过程中的平均值和均方根值，即得到工业机器人旋转关节垂直轴轴差；
13)取下平行光管6和标准平面反射镜8即可。
进一步的，平行光管6的光束质量≤1.3倍衍射极限，平行光管6内的CCD探测器的像素中心最小间距Δ与测量系统接收光路等效间距f的对比值：
平行光管6的激光发射源的波长λ与平行光束5直径D的比值：
工作基面的面形误差峰值≤1um，平行光管6的处理显示模块采用光斑强度分布一阶矩质心算法计算光斑位置相对坐标。
进一步的，三棱角锥反射器为二面角垂直度误差≤5urad的三棱角锥反射器。
进一步的，标准平面反射镜8一面镀反射膜，另一面镀增透膜，且标准平面反射镜8的直径大于平行光管6射出的平行光束5的直径，且小于固定基座2的内腔直径。
本发明中的本方法可对≤10urad的工业机器人旋转关节垂直轴轴差进行准确的光学测量与调试，能准确的测出工业机器人旋转关节垂直轴轴差，能满足≤10urad的高精度应用需求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)用三棱角锥反射器标定平行光管的光学零点；
2)将标准平面反射镜的镀反射膜的一面与平行光管的底端的工作基面重合，微调平行光管的工作基板与支撑壳体安装面之间的补偿倾角，当反射光斑位置与平行光管的光学零点重合误差≤5urad时，锁定平行光管的工作基板；
3)将标准平面反射镜安装在工业机器人的旋转关节活动立柱底端的主安装基面上，且标准平面反射镜镀反射膜的一面与所述主安装基面重合；
4)将平行光管安装至工业机器人的旋转关节的活动立柱顶端的安装平面上且平行光管与所述标准平面反射镜相对应；
5)通过平行光管的测量系统记录反射光斑至活动立柱旋转360°过程中的画圆轨迹；
6)微调工业机器人的旋转关节的固定基座与驱动电机定轴承之间的定轴补偿倾角θ2，直至反射光斑指向步骤5中的画圆轨迹的圆心；
7)用平行光管的测量系统计算光斑位置相对坐标至活动立柱旋转360°过程中的均方根值；
8)依次重复步骤5、步骤6、步骤7若干次，直至步骤7中的光斑位置相对坐标均方根值≤5urad时，锁定定轴补偿倾角θ2的角度；
9)微调工业机器人的旋转关节的活动立柱与驱动电机动轴承之间的动轴补偿倾角θ1，直至反射光斑指向平行光管的光学零点；
10)用平行光管的测量系统计算光斑位置相对坐标与活动立柱旋转360°过程中的平均值；
11)依次重复步骤9、步骤10若干次，直至步骤10中的光斑位置相对坐标平均值的绝对值≤5urad时，锁定动轴补偿倾角θ1的角度；
12)用平行光管的测量系统计算光斑位置相对坐标与活动立柱旋转360°过程中的平均值和均方根值，得到旋转关节垂直轴轴差；
13)取下平行光管和标准平面反射镜。
2.如权利要求1所述的工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，其特征在于，所述平行光管发出的光束质量≤1.3倍衍射极限，平行光管内的CCD探测器的像素中心最小间距Δ与测量系统接收光路等效间距f的对比值：
所述平行光管的激光发射源的波长λ与所发出的平行光束直径D的比值：
工作基面的面形误差峰值≤1um，所述平行光管的处理显示模块采用光斑强度分布一阶矩质心算法计算光斑位置相对坐标。
3.如权利要求1所述的工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，其特征在于，所述三棱角锥反射器为二面角垂直度误差≤5urad的三棱角锥反射器。
4.如权利要求1所述的工业机器人旋转关节垂直轴轴差的光学测量与调试方法，其特征在于，所述标准平面反射镜一面镀反射膜，另一面镀增透膜，且所述标准平面反射镜的直径大于所述平行光管发出的平行光束的直径，且小于固定基座的内腔直径。
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