平行双关节坐标测量机的精度设计

　　坐标测量机作为一种近30 年发展起来的高效率的新型精密测量仪器，广泛地应用于机床、机械制造和电子工业等制造业中[1]。随着科技和制造业的发展，工程实践中越来越迫切需要一种测量空间更加开阔、灵活、可移动的非正交坐标系测量系统[2]。

　　平行双关节坐标测量机是介于传统三坐标和关节臂式柔性坐标测量机之间的新型坐标测量机[3]。随着人们对坐标测量机的误差分析、误差补偿技术的研究深入，非正交坐标测量机的测量精度得到了显著提高，因此在要求有较高精度的便携式测量方面，平行双关节坐标测量机将扮演重要的角色。

　　精度设计是坐标测量机研制的基础和核心[4]，因此本文根据平行双关节坐标测量机的测量原理与结构形式分析仪器的误差来源，对仪器的误差分布做了研究，实现了仪器的误差分配，完成了精度设计研究。本文的研究为指导平行双关节坐标测量机的结构设计和标定提供了依据，为实现平行双关节坐标测量机的测量精度指标提供了扎实的理论基础。

　　1 测量原理和仪器结构

　　平行双关节坐标测量机可以实现圆柱形的测量空间，在此测量空间内，可以任意移动测头进行测量，灵活方便。且可以通过把仪器底座固定在移动小车上，实现现场测量。该测量机结构具有结构简单，体积小，重量轻，造价低等优点[5]。

　　如图1 所示，平行双关节坐标测量机为RRP 结构，R 代表旋转关节，P 代表直线关节，整体仪器的机构图如下图所示，本测量机主要由以下几部分组成: 1 为旋转关节Ⅰ、2 为大连接板、3 为旋转关节Ⅱ、4 为小连接板、5 为直线关节，测量机通过旋转关节Ⅰ与底座相连，将仪器进行固定。

　　2 结构参数及误差源分析

　　平行双关节坐标测量机测头中心的坐标误差Δp 主要由各杆件的结构参数误差( Δli，Δαi，Δdi) 、关节变量误差Δθi和附加误差Δβi所决定。Δθi为平行双关节坐标测量机的零位误差和测角误差;Δli，Δαi，Δdi分别为相邻两连杆旋转轴线的空间距离误差，相邻两杆旋转轴线的角度误差，和相邻两连杆的偏置误差[6-7]。为了准确的表示出这些误差对测量结果的影响，需要考察由这些误差引起的测量误差的误差模型。

　　假设这些误差足够小，则平行双关节坐标测量机的数学模型取全微分可得:

　　平行双关节坐标测量机的测量精度取决于结构参数误差、变形误差、温度误差、其它误差等因素的综合作用，必须全面分析这些误差来源。如图2 所示，Y 轴的设定符合右手定则。根据仪器结构特点，在仪器精度设计中，选取了误差最大点进行精度分析，即大、小连接板共线，直线关节行程最大处。