非正交系坐标测量系统

新型关节臂坐标测量机的设计

的特点，内置式平衡机构可减轻操作者劳动强度，精密的关节角度传感器保证了测量机的高精度。基于ＯｅＡＣＤｐｎＣＳＡＥ和Ｖ＋６平台开发了关节臂坐标测量机的测量软件和标定软件，Ｃ＋．０并进行了整机的联机调试，验证了系统的可靠性。
ｍｅｓｒｇｍａｈｎＡＡＭＭ）ｔｅｐｒｆｔｅｊｉｔａｅｍａｅｏｖａｉｎａｕｎｍａｌｙｔｅｌｋｇｓａｅｍｄｆｃｒｌｉｅａｕｉｃｉｅ（Ｃｎ，ｈａｓｏｏｒｄｆａｉｔｌｍｉｕｌ，ｈｉａｅｒａｅｏａｂｍｆｒｔｈｎｏｏｎｂ
研究与
Ｄ０３６／．ｓｎ１０－４２２１．８０５Ｏｈ１．９９ｊｉ．０９９９．０２０．３ｓ
新型关节臂坐标测量机的设计
李红强，高贯斌
（．州市机电技师学院，广东广州５０３；２浙江大学机械工程学系，浙江杭州３０２；１广１５５．１０７３昆明理工大学机电工程学院，云南昆明６０９）．５０３
Ｅｇｅｒｇｈｊｎｎｖｒｉ，Ｈｎｚｏ１０７ｈｎ；３ＦｃｌＭｅｈｎｃｌｎｌｔｃｌｎｉｅｒｇｎｉｅｉ，ＺｅｉｇＵｉｅｓｙａｇｈｕ０２，Ｃｉａ．ａｕｔｏｃａｉａａｄＥｅｒａＥｇｅｉ，ｎｎａｔ３ｙｆｃｉｎｎ
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三坐标测量技术论文.doc

三坐标测量技术摘要：由三个运动导轨，按笛卡儿坐标系组成的具有测量功能的测量仪器，称为三坐标测量机，并且由计算机来分析处理数据（也可由计算机控制，实现全自动测量），是一种复杂程度很高的计量设备。

从三坐标测量机的概述、发展趋势、应用、测量时的问题做了大概的介绍。

关键词：三坐标；概述；趋势；应用；问题三坐标测量机是近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。

它广泛地应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业领域中。

它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测。

如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、形体等空间型面的测量。

此外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成电路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。

由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。

三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。

当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。

测量方式大致可分为接触式与非接触式两种，目前M e t r i s L K的测量机在两项技术上位居世界前列。

一、三坐标测量机概述1.什么是三坐标测量机：由三个运动导轨，按笛卡儿坐标系组成的具有测量功能的测量仪器，称为三坐标测量机，并且由计算机来分析处理数据（也可由计算机控制，实现全自动测量），是一种复杂程度很高的计量设备。

2.三坐标测量机测量原理：坐标测量机是通过测头系统与工件的相对移动，探测工件表面点三维坐标的测量系统，通过将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，利用接触或非接触探测系统获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，由软件进行数学运算，求出待测的几何尺寸和形状、位置及其他几何量数据。

因此，坐标测量机具备高精度、高效率和万能性的特点，是完成各种零部件几何量测量与品质控制的理想解决方案。

基于非水平位移的激光跟踪仪测角误差标定方法

基于非水平位移的激光跟踪仪测角误差标定方法+李辉，伍嘉豪，赵伟康，马大智，周志龙，于斌超，刘巍(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116023)摘要：激光跟踪仪因测量范围大、精度高等优势被广泛应用于大型航空构件的大尺寸测量。

然而，随着测量范围的增大，其测量精度将受到测角误差的严重影响。

为了实现激光跟踪仪测角误差的准确评估，提出了一种基于非水平位移的激光跟踪仪测角误差标定方法。

以空间任意运动位移为约束,采用三坐标测量机与高精度位移台分别对空间任意位移的角度与长度进行高精求解，进而利用激光跟踪仪的干涉测长距离为约束，实现转角的有效表征，进而实现角度误差的高精标定。

通过实验室试验，实现了激光跟踪仪测角误差的有效标定。

关键词:测角误差；激光跟踪仪；角度标定；非水平位移；大尺寸测量中图分类号:TH744;TB922文献标志码:ACalibration Method of Angle Error of Laser Tracker based on Non-horizontal Displacement LI Hui,WU Jiahao,ZHAO Weikang,MA Dazhi,ZHOU Zhilong,YU Binchao,LIU Wei(College of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116023,China) Abstract:Laser tracker was widely used in large-scale measurement of large aviation components due to its advantages oflargerangeandhighprecision However!withtheincreaseofmeasurementrange!the measurementaccuracy wasseri-ouslya f ectedbytheanglemeasurementerror Inordertorealizeaccurateevaluationofangleerror!acalibration methodof angleerroroflasertrackerbasedonnon-horizontaldisplacementwasproposed Theangleandlengthofarbitrarydisplace-mentinspaceweresolvedbythreecoordinatemeasuring machineandhighprecisiondisplacementplatformrespectivelywith theconstraintofarbitraryspatialmotiondisplacement Andthee f ectiverepresentationofanglewasrealizedbyusingthein-terferencemeasurementdistanceoflasertrackerasconstraint!thenthehigh-precisioncalibrationofangleerrorwas made Theexperimentalresultsshowedthattheangleerrorlasertrackerwascalibratede f ectivelyKey words:angle measurement error,laser tracker ,angle calibration ,non-horizontal displacement,large-scale measurement激光跟踪仪具有测量范围大、单点测量精度高等优点,被广泛应用于航空航天装备制造过程中的大尺寸几何测量&12'（随着大型构件尺寸与制造精度的极值化，测量精度和可靠性的要求愈发提高（为了有效评估几何量测量结果的可靠性，需要对测量仪器的系统误差进行评估激光跟踪仪为非正交测量系统，通过干涉测长与2个角度编码器的角度测量，实现了球坐标系下三维坐标的测量。

坐标测量技术发展方向

Email :gxzhang@
2
红外与激光工程：高精度几何量光电测量与校准技术
第 37 卷
1 智能三坐标测量机
1.1 工作原理机械化、自动化从体力上解放人类，智能化从脑
力上解放人类，它使人类摆脱一般繁琐的脑力劳动，而将精力更集中于创造性的劳动。智能化系统应该能够：（1）实现通信和信息共享；（2）对于对象和环境变化具有自适应能力；（3）根据获得的信息进行决策。图 1 是智能三坐标测量机的框图。
位姿自动识别系统。在测量机上安装 1~2 个 CCD 摄像机，利用它获取工件的实际图像。另一方面根据工件的 CAD 模型，通过透视成像获得工件的虚拟图像。将实际图像与虚拟图像进行匹配，就可以确定工件安放的位置和姿态。 1.4 测量路径规划与测量程序的生成
测量路径规划包括测头选择、采样策略、防碰撞设计和测量路径的优化等。选择测头既要考虑需要，又要考虑可能。采样策略包括采样点数的确定、采样点位置的分布、测头的方位（测头回转体的转角）等。防碰撞设计是测量路径规划的基本要求，避障点的选取是防碰撞设计的重要内容。测量路径的优化是路径规划重要内容。在完成测量路径规划后利用测量机的软件平台就可以自动生成测量程序。所有上述工作都需有赖于对于测量机和测量知识的掌握。要依靠有丰富学术和经验的专家建立完善的知识库，在知识库指引下完成上述工作。
Key wor ds: Intelligent coordinate measuring machine; Non-orthogonal coordinate measuring system; Non-contact probe; Nano-coordinate measuring machine
ZHANG Guo-xiong

主被动测量机器人轨迹控制的误差分析与补偿

更易深入到正交坐标系不易深入的部位中去，在短时间内能采集到更多数据，已成为坐标测量机的发展趋势。
因此，适用于机械测量的被动式关节式测量臂应运而生。被动式关节臂式测量系统是一种新颖的基于旋转关节和转动
关键词：量机器人；差补偿；迹误差测误轨
中圈分类号．Ｐ４＂２Ｔ
文献标识码：Ａ
文章编号：０７— ＿１（０７０１０４４２０）６—０２ｏ４０５一４
Ｅｒｏｎｌｓｎｏｅｓｔｏｆａｔｒｒａａｙｉａｄｃｍｐｎａｎｏｕｏ—ｍａｕｌｄｉｅｓｉｎａｒｖｎ
ｍｅｓｒｒｂｔａｈｃｎｒｌａｕ￣ｏｏｐｔｔｏｓｏＤｏｇＪａ—ｗｅｎｉｉ。ＹｕＣｈｏ。ＷｕＳｕ —ｈａｎａｈｉｕ（．ｏｏｉｓｔｔ，ｅｇｕｉｒｏｅｏａｔｓａｔｎｕ／，ｅｇ１０８，ｈｎ１ＲｂｔｓｉｔｕＢｎｎｅｆａｒｎｕｃ＆ｓｏａｔｓＢｎ００３Ｃｉｃｎｉｅｖｓ／ｒｃａ；２Ｉｔ＇ａｔｏｏｉｓｓｍＣ．．ｎｅｍｒｒｂｔｔｏ，ｒｓｃｙｅ，ａｆａｇｔｂｉ０５０，ｉ）Ｌｎｎｅ６０１Ｃｎｔｅｈａ
来的移动便携式的测量系统。与传统的正交坐标系测量机相
比，非正交系坐标测量系统具有灵活、测量空间开阔的优点，
作一定的说明。该测量机器人采用五轴设计方案，每个旋转
关节均装有高精度的旋转编码器，以精确读取每个旋转关节的实际角度。同时，该测量机器人采用可３０旋转的ＳＡｎｒ６。ｃｎｅｌ

关节臂式坐标测量机转角误差的仿真研究

高精度的圆光栅编码器，经计算证实这样做可以显著提高关节臂式坐标测量机的精度。
关键词：关节臂式坐标测量机
中图分类号：ＴＰ３９１．９
转角误差分布圆光栅编码器
文献标识码：Ａ
Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔａｎｇｌｅｓｅｒｒｏｒｏｆａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ
ｅｎｅｏｄｅｒｔｏｔｈｅｊｏｉｎｔｗｈｏｓｅａｎｇｌｅｓｈａｖｅｍｏｒｅｅｒｒｏｒｓｃａｎｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｐｒｅ —
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｂｕｉｌｔ．ＵｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭＡＴＬＡＢｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｏｒｔｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｊｏｉｎｔａｎｇｌｅ．Ｏｎ
设计与研究Ｄｅｓ目＿ｎａｎｄＲ渊ｒｃｈ

电子罗盘目标定位定向方法研究

EQUIPMENT TECHNOLOGY中国军转民85电子罗盘目标定位定向方法研究刘伟近年来，通过获取的测量基准利用电子罗盘，开展远距离目标定向定位在相关行业的研究方兴未艾，随着技术日趋成熟，定向定位精度也在不断提高，其研究成果广泛应用到飞行器导航、军用测绘、卫星天线定向等领域，硬件已嵌入到便携式武器装备中。

如美国KVH 公司的C100系列磁通门电子罗盘、PNI 公司的TCM 系列三维电子罗盘、Honeywell 公司研制的HMR 系列磁阻传感器电子罗盘等，其方位测量精度在倾斜45°时仍能达到0.5°以上。

国内对电子罗盘在不同领域的应用也开展了相应的深入研究，如西北某大学将磁通门技术应用于无人机项目；航空某所研制了三轴磁通门捷联式磁罗盘；深圳瑞芬公司的RION 系列电子罗盘，精度达到0.5°；中船总某所弱磁实验室研制的MC 系列电子罗盘已应用在测绘导航装备中。

本文通过分析电子罗盘的工作原理和应用特点，对电子罗盘在定向定位方面的推广应用提出了见解。

一、工作原理电子罗盘通常由三轴磁阻传感器，两轴倾斜传感器组成，并带有A/D 转换电路和微处理器。

图1所示电子罗盘为倾角补偿电子罗盘, 其输出的磁方位角不受载体倾斜的影响，分为传感器模块、信号调理采集模块以及主控制器模块。

三轴磁阻传感器正交安装，测量载体坐标系下地球磁场强度在三个坐标轴的分量HX、HY、HZ，倾角传感器通过敏感重力分量gX、gY 测量罗盘的俯仰角和滚动角，通过坐标转换可得到载体的磁方位角（计算方法见式7~9）。

二、电子罗盘应用特点在远距离目标定向定位中电子罗盘作为快速测量的传感器，主要利用其体积小、重量轻、功耗小、价格低、系统反应时间短，可嵌入到系统或设备内部的优势，与陀螺寻北仪相比，具有系统结构简单、可快速动态测量、抗震抗冲击性能好、架撤方便、动态漂移率低等较为明显的优势。

但是实际使用中，电子罗盘也存在着如下缺点：（1）定向精度低；（2）受外界磁场环境影响大；（3）磁偏角变化较大；（4）为了提高电子罗盘的测量精度，需要在测量前对其进行标定、校准，并对其圆周特性进行补偿等。

关节坐标测量机研制中圆光栅误差修正技术

维普资讯
计测技术
测试与校准
・１・４
关节坐标测量和硼制【圆兴栅误差值正技市ｌ】
张礼松，炳良管
（国船舶工业集团公司第６５中３４研究所，西九江３２０）江３００
测量机由三根刚性臂、个活动关节和一个接触六
测头组成。三根臂相互连接，中一根为固定臂，其它安装在任意稳定基座上支撑测量机的所有部件；外两另臂为活动臂可在空间任意位置旋转，以适应测量需要，
其中一活动臂为中间臂主要起连接作用，外一根为另末端臂并在尾端安装测头。第一根支撑臂与第二根中间臂之间、二根中间臂与第三根末端臂之间、三根第第末端臂与测头之间均为关节式连接，做空间回转，可而每个活动关节装有相互垂直的、量回转角的圆光栅测测角传感器，测量各个臂和测头在空间的位置。关节可
ｂｅｏｒｃｅｈｎ— ｉｅｒｔｉｔｎｇ．ｅｎｃｒｅｔｄｂｙｔｅｎｏｌｎａｉｙｆｔｉ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ＣＭＭ；ｊｉｔｏｎｓ；ｅｒｒｃｒｃｉｎ；ｃｒｕｌｒｏｉａｉｒｏｏｒｅｔｏｉｃａｐｔｃｇｒｔｎｇ
摘要：绍了关节坐标测量机原理、成，对其进行了误差分析。理论上分析了圆光栅安装偏心介组并从

测量中常用的坐标系统

测量中常用的坐标系一、坐标系类型1、大地坐标系定义：大地测量中以参考椭球面（不准确）为基准面建立起来的坐标系。

一定的参考椭球和一定的大地原点上的大地起算数据，确定了一定的坐标系。

通常用参考椭球参数和大地原点上的起算数据作为一个参心大地坐标系建成的标志。

大地坐标（地理坐标）：将某点投影到椭球面上的位置用大地经度L和大地纬度B表示，（ B ， L）统称为大地坐标。

大地高H：某点沿投影方向到基准面（参考椭球面）的距离。

在大地坐标系中，某点的位置用（B ， L，H）来表示。

2、空间直角坐标系定义：以椭球体中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X 轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴。

在空间直角坐标系中，某点的位置用（X，Y，Z）来表示。

3、平面直角坐标系在小区域进行测量工作若采用大地坐标来表示地面点位置是不方便的，通常采用平面直角坐标系。

测量工作以x轴为纵轴，以y轴为横轴投影坐标：为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，并以相应的平面直角坐标表示。

4、地方独立坐标系基于限制变形、方便、实用和科学的目的，在许多城市和工程测量中，常常会建立适合本地区的地方独立坐标系，建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些参数来确定地方参考椭球与投影面。

二、国家大地坐标系1.1954年北京坐标系（BJ54旧）坐标原点：前苏联的普尔科沃。

参考椭球：克拉索夫斯基椭球。

平差方法：分区分期局部平差。

存在问题：（1）椭球参数有较大误差。

（2）参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜。

（3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。

（4）定向不明确。

2.1980年国家大地坐标系（GDZ80）坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。

参考椭球：1975年国际椭球。

平差方法：天文大地网整体平差。

特点：（1）采用1975年国际椭球。

（2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。

基于非正交轴系架构的新型坐标测量系统解决方案

图１非正交轴系测量单元结构参数
控制箱进行控制，连带实现测量单元控制，当测量单元受控旋转之后，再依靠主控机的蓝牙线路对测量激光进行控制，在这两个控制条件下，即可对被测目标进行准确控制。１．２系统测量模型构建
为了给之后测量提供便利，在此处进行系统测量模型构建工作。构建当中首先针对测量单元的水平旋转，设定水平轴与视准轴围绕垂直轴旋转的角度为 θ；水平轴初始单位方向向量为Ｈｏ，那么在Ｈｏ基础上选择点Ｃ的初始坐标为Ｃｏ，则在水平旋转过程中水平轴的动态单位方向向量Ｈｄ与点Ｃ的动态坐标Ｃｄ见公式（１）、公式（２）。
摘要：围绕非正交轴系全站仪坐标测量系统，针对其测量误差问题的解决方案进行了分析。依照非正交轴系全站仪坐标测量系统的结构特征，建设相关测量模型，并采用数学方法对其进行误差分析；采用ＧＵＭ评估方法对坐标测量系统的测量不确定度进行评估，最终采用仿真技术得到结论，再针对结论提出相应的解决方法。关键词：非正交轴系；新型坐标测量系统；测量误差
确认该仪器的测距值不确定度，结果显示测距值的
标准不确定度为０．８６６ｍｍ。
２．２系统测量不确定度
结合上述测量模型进行分析，模型当中的Ｌｏ可
以作为分析中的常数，而Ｖｄ、Ｐｄ则因为系统运行原理，会随着转角而发生相应的变化，说明其具有不确
定性，可以作为测量基础。在此条件下本文将水平
角 θ、垂直角 φ和被测点测距值Ｌ作为分析输入量
１）转台的转角误差出于实践性考虑，本文主要以ＲＡＫ１０００型号的精密旋转台作为转台的转角误差分析基础，该精密旋转台的参数为：分辨率０．００１２５（°）、重复精确
定位０．００５（°）。采用多面棱体、光电自准直仪来开
展误差分析工作，结果显示转台的转角误差具体参