四坐标位姿测量仪设计研究与误差分析

　　近年来,并联机构已经在一些领域得到应用[1~5],而在测量领域的应用,目前国内还是空白·引入并联机构作为执行机构的四坐标位姿测量仪动作 灵活,机构新颖独特,能够迅速准确地到达被测孔的实际位置·由于并联机构为六自由度,因而测量仪的球铰测头的测量面与被测孔的端面保持良好的接触状态,具 有对非测量参数误差的自适应和自调整能力·采用比较测量法可有效地减少造成测量误差的因素,降低一些因素对测量误差的影响程度·四坐标测量仪的成功设计拓 宽了并联机构的应用范围,从而为并联机构在测量领域的广泛应用提供了新思路·

　　1　四坐标位姿测量仪方案设计研究

　　1·1　测量对象与要求

　　测量仪的测量对象为某轻型汽车底盘前悬置横梁四坐标定位参数,六孔分3组分布在3个平面上,其示意图如图1所示·要求对孔1,2及3,4进行精确测量以确定附加垫片的厚度,测量精度为0·1 mm·

　　1·2　测量仪方案设计

　　以孔5,6端面以及此二孔中心作为测量基准,采用比较测量法分别测孔1,2及3,4内侧面圆心分别相对于孔5,6的水平距离L1,L2,L3,L4·

　　由于六孔所在平面均存在位姿误差,因此测量仪的测量头应具有对非测量参数的自适应和自调整能力,以确保被测尺寸的测量精度·根据测量对象的特点而设计的四坐标位姿测量系统原理图如图2所示·

　　整个测量系统由悬挂机构(0)、定位机构(1,3,5)、六自由度并联机构(2,4,6)、位移传感器、数显装置、打印机以及标定仪等组成·

　　考虑到测量仪结构较大,由人工握持测量很困难,故在系统中采用一悬挂机构并配以平衡器,这样就可使测量过程省力、方便·定心机构3的定位基准为 2-35H9,定位机构1,3的端面与孔2-35H9端面接触,从而构成了“一面双销”的定位方式,保证了定位可靠性和测量准确性·并联机构中的2级 转动副4具有两个自由度,其回转平面与测量方向垂直,它与球铰测头6(具有3个自由度)以及装备传感器的移动副2一起构成六个自由度,可适应四被测孔位姿 变化,具有对非测量参数误差(如孔的位置误差)的自适应和自调整能力,从而保证了被测尺寸的测量精度·标定仪实质上为一经过高精度加工的工件·测量前,测 量仪必须在标定仪上进行标定,标定好后,数显装置上数字置为零值·这样实际测量过程中从数显装置读出的数字即为所需加垫片的厚度·由上述可知,四坐标位姿 测量仪方案新颖,定位准确,测量效率高,测量结果直观·