電容式傳感器的設(shè)計(jì)和機(jī)械評(píng)估索引便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器的驗(yàn)證平臺(tái)外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯、外文翻譯

電容式傳感器的設(shè)計(jì)和機(jī)械評(píng)估索引便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器的驗(yàn)證平臺(tái)外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯、外文翻譯,電容,傳感器,設(shè)計(jì),機(jī)械,評(píng)估,索引,便攜式,坐標(biāo),測(cè)量,儀器,驗(yàn)證,平臺(tái),外文,文獻(xiàn),翻譯,中英文 附錄一 電容式傳感器的設(shè)計(jì)和機(jī)械評(píng)估索引便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器的驗(yàn)證平臺(tái) 文摘:使用便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(PCMMs)行業(yè)大幅增加,主要是由于其靈活性,實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量任務(wù)以及他們降低成本和運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)相比傳統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。然而,他們的操作有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)源于技術(shù)應(yīng)用于驗(yàn)證和優(yōu)化過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。這些技術(shù)都是基于數(shù)據(jù)的捕獲與測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象,固定先后在不同位置,這樣大部分的儀器測(cè)量體積覆蓋,導(dǎo)致耗時(shí)、繁瑣和昂貴的驗(yàn)證過(guò)程。在這個(gè)索引計(jì)量平臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作(工業(yè)管理程序)。工業(yè)管理程序的目的是增加最后的準(zhǔn)確性和從根本上簡(jiǎn)化校準(zhǔn),PCMMs 幾何參數(shù)的識(shí)別和驗(yàn)證程序。工業(yè)管理程序允許我們解決測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象和移動(dòng),可以覆蓋大部分的儀器工作容積,減少時(shí)間和操作者的疲勞進(jìn)行這些類(lèi)型的程序。 關(guān)鍵詞:坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng);便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī);索引計(jì)量平臺(tái) 1. 介紹 坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要群體,組成的便攜式測(cè)量?jī)x器,如關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(AACMM)和激光追蹤器(LT)。在工業(yè)上使用這些類(lèi)型的便攜式設(shè)備。過(guò)去幾年大幅增加,主要是由于其靈活性實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量任務(wù)以及他們降低成本和運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)相比傳統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。然而,他們的操作有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)源于技術(shù)應(yīng)用于驗(yàn)證和優(yōu)化過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。到目前為止, 唯一的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā) AACMM ASME b89.4.22 - 2004 、ISO / CD 10360 草案——aa 和 VDI 指南 2617 - 9,LT,ASME B89.4.19 和 VDI 指南 2617 - 10。目前,這些技術(shù)都是基于數(shù)據(jù)的捕獲與測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象,如球桿規(guī),先后在不同位置固定,這樣大部分的儀器測(cè)量體積覆蓋。在每一個(gè)位置,一個(gè)支持用于嚴(yán)格修復(fù)評(píng)估對(duì)象在不同的高度和方向的測(cè)量?jī)x器。這些變化的位置導(dǎo)致耗時(shí)、繁瑣和昂貴的驗(yàn)證過(guò)程。因此,新設(shè)備的設(shè)計(jì)允許簡(jiǎn)化提到技術(shù)極為關(guān)心研究協(xié)調(diào)計(jì)量。 近年來(lái)許多開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)了新的設(shè)備進(jìn)行 PCMMs 的驗(yàn)證和優(yōu)化過(guò)程,特別是 AACMM 和數(shù)據(jù)處理的一種新方法估算的不確定性測(cè)量臂使用立體的指標(biāo)。該方法由平板與九球固定在三個(gè)不同高度的金屬板的表面。然后球體的中心是測(cè)量與測(cè)量臂在不同的位置和方向,和球體中心之間的距離比標(biāo)稱(chēng)距離對(duì)測(cè)量臂的 性能進(jìn)行評(píng)估。Piratelli 與虛擬領(lǐng)域提出了一個(gè)衡量驗(yàn)證評(píng)估 AACMM 的錐形孔, 由兩組作為 AACMM 探測(cè)器運(yùn)動(dòng)座椅,用來(lái)確定分兩個(gè)球形表面。這些點(diǎn)安裝領(lǐng)域使用計(jì)算算法和計(jì)算球體的中心之間的距離和相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)距離測(cè)量坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)。同一個(gè)作者開(kāi)發(fā)的一個(gè)虛擬的球體板規(guī)檢查的性能 AACMMs 組成的16 組四個(gè)圓錐孔放在一個(gè)鋁板確定 16 個(gè)虛擬領(lǐng)域。計(jì)放置在三個(gè)位置在AACMM 工作卷帶坐標(biāo)的點(diǎn)在每個(gè)孔球形嚴(yán)格調(diào)查,在這些點(diǎn)也安裝在球與球之間的距離的計(jì)算中心和名義相比距離與 CMM 測(cè)量。運(yùn)營(yíng)商在接觸力的影響性能的AACMMs 通過(guò)接觸力傳感器測(cè)量由作者開(kāi)發(fā)的接觸力被證明是一個(gè)主要因素影響 AACMMs 性能。在最優(yōu)測(cè)量面積和空間誤差分布模型的 AACMM 取決于使用支持向量機(jī)方法?？仆咂婧透ヌm克提出使用高精度測(cè)量?jī)x器的檢定和校準(zhǔn)AACMMs。他們的工作集中在開(kāi)發(fā)、制造和表征的儀器使用它在參數(shù)識(shí)別過(guò)程和評(píng)價(jià) AACMMs 在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試,確定測(cè)量不確定性因其主要影響變量。圣詠嘆調(diào)校準(zhǔn)過(guò)程提出了一個(gè)基于 Denavit-Hartenberg 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型參數(shù)。這些參數(shù)優(yōu)化的測(cè)量校準(zhǔn)球規(guī)條定位在不同的方向和位置的 AACMM 卷工作。歐陽(yáng)提出了激光跟蹤器使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定方法。使用這種方法,一個(gè)商業(yè)激光跟蹤器校準(zhǔn)和角錯(cuò)誤被發(fā)現(xiàn)誤差源的關(guān)鍵。提出發(fā)展的計(jì)量模型來(lái)確定一個(gè)測(cè)量臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)量以及相關(guān)的錯(cuò)誤。此外,使用計(jì)量模型信息,作者開(kāi)發(fā)了一個(gè)虛擬的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和 CATIA 軟件,它的目標(biāo)是評(píng)估測(cè)量臂的測(cè)量性能使用 AACMM 沒(méi)有身體。岡薩雷斯等人提出了一個(gè)虛擬的循環(huán)指標(biāo)的評(píng)估方法來(lái)評(píng)估 AACMM 整個(gè)測(cè)量體積。 在大多數(shù)的作品在文學(xué),一個(gè)常見(jiàn)的任務(wù)在 PCMMs 的檢定或校準(zhǔn)的必要性取決于定位在不同的高度和方向校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象在整個(gè)工作容積的測(cè)量?jī)x器。如前所述,這導(dǎo)致耗時(shí)、繁瑣和昂貴的驗(yàn)證和校準(zhǔn)程序,增加的成本進(jìn)行這些類(lèi)型的程序哪些行業(yè)并不總是愿意承擔(dān)。 在這工作,解釋設(shè)計(jì)新穎的索引計(jì)量平臺(tái)提出了和其傳感器的最重要方面,機(jī)制和機(jī)械組件解釋道。六個(gè)工業(yè)管理程序的電容式傳感器的使用和至關(guān)重要的測(cè)量設(shè)備 PCMMs 驗(yàn)證過(guò)程中解釋道。最后,機(jī)械重復(fù)性通過(guò)運(yùn)動(dòng)耦合的工業(yè)管理程序安排球體和圓柱體的突出顯示。 工業(yè)管理程序的主要目的是大大簡(jiǎn)化 PCMMs 的驗(yàn)證和識(shí)別程序通過(guò)另一種典 型的程序反相的角色,也就是說(shuō),修復(fù)校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象和移動(dòng)測(cè)量?jī)x器以這樣一種方式,它可以覆蓋大部分的儀器工作容積。為此,工業(yè)管理程序 PCMM 是固定的,所以它可以改變其相對(duì)位置的校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象具有高機(jī)械positionrepeatability 知道它的位置和方向在全球參考系統(tǒng)的平臺(tái)。這種方式, 所需的時(shí)間和精力開(kāi)展PCMMs(也就是這種類(lèi)型的過(guò)程。AACMM)只能從大約兩天減少到三個(gè)小時(shí)通過(guò)消除移動(dòng)支持的必要性在測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)測(cè)量對(duì)象。 2. 索引計(jì)量平臺(tái)的機(jī)械部件 工業(yè)管理程序由移動(dòng)六角形上平臺(tái)和一個(gè)六角固定下平臺(tái)的尺寸398.5 毫米×345 毫米,設(shè)計(jì)方式,上層平臺(tái)固定在旋轉(zhuǎn)著低平臺(tái)每個(gè) 60°的下降,因此可能有六個(gè)不同的位置上傳感器 2014、14 609 平臺(tái)就越低。此外,取消自由度(自由度),確保良好的機(jī)械重復(fù)性的平臺(tái)對(duì)較低的平臺(tái),球體和圓柱體運(yùn)動(dòng)耦合的一個(gè)裝置是利用。確定上層平臺(tái)和更低的平臺(tái)參考系統(tǒng),三個(gè)表征領(lǐng)域位于兩側(cè)的平臺(tái)和 CMM 測(cè)量。這些領(lǐng)域都是非常重要的,因?yàn)樗麄冊(cè)试S我們表達(dá)坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)的固定低全球坐標(biāo)系統(tǒng)在 PCMMs 的驗(yàn)證平臺(tái)。 運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合已經(jīng)廣泛被用于定位一個(gè)剛體對(duì)另一個(gè)重復(fù)性高的應(yīng)用,如計(jì)量、制造業(yè)、夾具和材料處理。然而,據(jù)我們所知,它們沒(méi)有被用于 PCMMs 計(jì)量應(yīng)用,高可重復(fù)性和可交換性是非常重要的。為了使用 PCMMs 的工業(yè)管理程序在驗(yàn)證過(guò)程,上層平臺(tái)的機(jī)械定位重復(fù)性高的低平臺(tái)必須實(shí)現(xiàn)。為此,運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合用于這項(xiàng)工作的安排選擇基于以前的工作在高定位機(jī)械重復(fù)性。在這種安排運(yùn)動(dòng)耦合球體和圓柱體的一半高度插入分別上下平臺(tái)。在圖 5 的額一個(gè)球體和圓柱體運(yùn)動(dòng)耦合;顯示變量 R1 和 R2 分別對(duì)應(yīng)于球體和圓柱體半徑,α角度形成的低平臺(tái)表面的直線連接球體和圓柱體中心,M 代表之間形成的直角三角形的垂直距離球體和圓柱體中心和 X 的區(qū)別是參數(shù) M 和半徑 R2。 2.1. 海拔機(jī)制 如上所述,安排運(yùn)動(dòng)耦合的選擇是可能的位置上平臺(tái)的低平臺(tái)在六個(gè)不同的位置與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間耦合是唯一支持的元素。這六個(gè)職位由操作員手動(dòng)互換,一個(gè)位置到另一個(gè)的變化實(shí)現(xiàn)的海拔機(jī)械系統(tǒng)由滾珠絲桿、線性位移的兩個(gè)鋼筋,鋼筋內(nèi)兩個(gè) 13 毫米球被安置在四個(gè)球面滾子推力軸承的一個(gè)圓柱孔中心的球面滾子推力軸承席位。 此外,鋼筋特性一個(gè)斜坡,允許海拔球體滑動(dòng)。確定斜坡的角度作為一個(gè)功能的邊坡傾角,計(jì)算所需的水平力提升一個(gè)球體。在圖 9 中確定水平力的力的平衡。提升一個(gè)球體。米的總質(zhì)量是高架,等于上平臺(tái)的重量的總和(10 公斤)和一個(gè)AACMM或LT(11 公斤。約);μ(0.57)代表鋼筋之間的摩擦系數(shù)和高程球體;g(9.81 N /公斤)代表地球的引力常數(shù),N 法向力和 Fr 代表海拔球體之間的摩擦力和斜坡;海拔球體時(shí)必須指出通過(guò)斜坡下滑,之間沒(méi)有接觸球體和垂直墻,所以他們之間沒(méi)有摩擦力。力獲得方程(8)構(gòu)成所需的力量提升上層平臺(tái)和測(cè)量?jī)x器驗(yàn)證。不過(guò),有四個(gè)海拔領(lǐng)域以來(lái),總力計(jì)算方程(8)必須除以四為了知道每個(gè)海拔范圍的力量。 2.2. 旋轉(zhuǎn)和下降的機(jī)制 一旦上層平臺(tái)已經(jīng)升高,它可以旋轉(zhuǎn) 60°圍繞其中心軸到一個(gè)新的位置。這是通過(guò)意味著的球面滾子推力軸承由環(huán)形狀的線程(圖 10),確保旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)上層平臺(tái)被手動(dòng)旋轉(zhuǎn) 60°到一個(gè)新的位置,滾珠螺桿轉(zhuǎn) 180°,這將導(dǎo)致鋼筋,海拔球體,球面滾子推力軸承回到起始位置,上層平臺(tái),如圖 8 所示。如前所述,由于上層平臺(tái)旋轉(zhuǎn) 60°到一個(gè)新的位置,因此可能有六個(gè)不同的位置上平臺(tái)的更低的平臺(tái), 接觸點(diǎn)的 thekinematic 圓柱體和球體之間的耦合是唯一的身體接觸,以取消工業(yè)管理程序的景深。確保上層平臺(tái)完全旋轉(zhuǎn) 60°,三針 fastenedwith 相應(yīng)房屋分別上下平臺(tái)。如果銷(xiāo)不得正是適應(yīng)他們的房屋,這將意味著上層平臺(tái)旋轉(zhuǎn)是 60°的不是。在這種情況下,上層平臺(tái)必須再次升高,旋轉(zhuǎn),直到完成銷(xiāo)完全符合他們的外殼可以如圖 11 所示。 此外,除了確保 60°旋轉(zhuǎn),針位于這樣一種方式,他們有用避免碰撞水平電容傳感器和他們的目標(biāo)和維護(hù)上層平臺(tái)將被取消。此外,必須指出一個(gè) 1 毫米公差是留給別針和外殼之間的目的,避免針從指導(dǎo)上的機(jī)械定位平臺(tái)的更低的平臺(tái),因?yàn)檫@必須通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合。 在運(yùn)動(dòng)耦合的設(shè)計(jì),預(yù)加載是最重要的參數(shù)之一,影響機(jī)械的重復(fù)性。預(yù)加載的力應(yīng)用于耦合在一起和建立良好的初始剛度和剛度預(yù)加載必須高和可重復(fù)的。這是通過(guò)預(yù)壓通過(guò)螺栓運(yùn)動(dòng)的中心元素。此外,在我們的案例中預(yù)加載有助于克服摩擦,避免變形之間的接觸點(diǎn)球體和圓柱體的重量測(cè)量?jī)x器。此外,當(dāng)上層平臺(tái)上安裝一個(gè) PCMM,預(yù)加載力有助于避免上層平臺(tái)引爆由于 PCMM 質(zhì)量,即。關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。工業(yè)管理程序的外加壓力氣動(dòng)系統(tǒng)生成預(yù)加載力 4 條。最后, 為了避免暴力之間的碰撞球體和圓柱體上平臺(tái)下行時(shí),預(yù)加載彈簧連接的軸上平臺(tái)。 2.3. 利用電容傳感器的索引計(jì)量平臺(tái) 中一個(gè)非常重要的功能的使用 PCMMs 的工業(yè)管理程序在驗(yàn)證過(guò)程能力測(cè)量的高精度的位置和方向上平臺(tái)與較低的平臺(tái)。為此,六個(gè)電容傳感器具有納米分辨率。三個(gè)傳感器的軸向位置和其他三個(gè)無(wú)關(guān)地位于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(軸)的工業(yè)管理程序。解決傳感器低平臺(tái)兩個(gè)不同部分分別為水平和垂直的電容式傳感器制造。驗(yàn)證期間 PCMMs 電容傳感器的讀數(shù)將允許表達(dá)坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)在平臺(tái)的全球坐標(biāo)系統(tǒng)(GCS)獲得同質(zhì)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣,鏈接上平臺(tái)的 GCS 下平臺(tái)的六個(gè)不同的位置。在圖 14 中水平和垂直傳感器的性格以及部分用于修復(fù)它們顯示較低的平臺(tái)。 使用電容的電容式傳感器非接觸測(cè)量裝置電性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。改變電容傳感器和目標(biāo)之間的距離(一個(gè)電導(dǎo)體材料)產(chǎn)生電容變化進(jìn)而產(chǎn)生傳感器的電流的變化。電子生成一個(gè)校準(zhǔn)傳感器的輸出電壓與電流的大小成正比,允許知道目標(biāo)的位置。比例常數(shù)的線性輸出電壓的變化之間的關(guān)系和距離傳感器的敏感性。 使用非接觸式傳感器用來(lái)測(cè)量微小位移的 sub-micrometer nanopositioning 等應(yīng)用和納米分辨率,掃描和計(jì)量在晚年 increasedconsiderably。在這組傳感器、電容式傳感器越來(lái)越使用由于其高精度和磁場(chǎng)的變化不敏感。空間計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用程序,使用了三個(gè)電容傳感器的三曲臂圖超精密探測(cè)來(lái)確定X,Y 和 Z 歪斜的探針的 ISARA 400。然而,據(jù)我們所知沒(méi)有任何引用的使用電容傳感器在應(yīng)用程序與便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器,特別是,坐標(biāo)測(cè)量手臂或激光追蹤器。 制造商提供的電容式傳感器的靈敏度為 0.2000 V /μm,這意味著改變電壓為 0.2 V, 改變傳感器和目標(biāo)之間的 1μm 將觀察到的。 3。評(píng)價(jià)機(jī)械重復(fù)性的工業(yè)管理程序 評(píng)估工業(yè)管理程序用的機(jī)械重復(fù)性運(yùn)動(dòng)耦合安排三個(gè)球體固定在上層平臺(tái)并測(cè)量了 CMM(876 - cnc 模型:PMC,蔡司,從,德國(guó))。 首先,它是重要的來(lái)驗(yàn)證與 CMM 可實(shí)現(xiàn)的精度。為此,中心球體的 1、2 和 3 測(cè)量 12 次沒(méi)有提升上平臺(tái)。的 球體以升序,從球 1 球 3 在每個(gè)的六個(gè)工業(yè)管理程序的位置。重復(fù)性誤差從球體中心的坐標(biāo)計(jì)算得到的平均 12 的數(shù)據(jù)在每個(gè) X,Y,Z 坐標(biāo)。 然后,評(píng)價(jià)定位機(jī)械誤差的工業(yè)管理程序,球體中心測(cè)量五次在兩種不同的方式。在第一個(gè)方法(稱(chēng)為不)三個(gè)球體的中心測(cè)量五次在每一個(gè)工業(yè)管理程序位置之前 60°到下一個(gè)位置,這樣所有的測(cè)量過(guò)程是完成了一個(gè)完整的 360°的平臺(tái)。相反,第二種方法(稱(chēng)為連續(xù)),把 60°后每個(gè)職位的一個(gè)測(cè)量球體中心執(zhí)行,以這樣的方式,來(lái)完成所有測(cè)量過(guò)程意味著實(shí)現(xiàn)五個(gè)完整的 360°的平臺(tái)。圖 18 和 19 不產(chǎn)生和持續(xù)的機(jī)械定位錯(cuò)誤。獲得的數(shù)據(jù)顯示,錯(cuò)誤 2.4μm 和 4μm 不產(chǎn)生和持續(xù)的方式,分別和定位誤差是可以接受的,為了使用 PCMMs 的工業(yè)管理程序在驗(yàn)證過(guò)程。定位的重要性機(jī)械重復(fù)性駐留在維護(hù)的必要性 thesix 電容傳感器在其工作范圍(100 - 200 年μm)在所有六個(gè)不同平臺(tái)位置為了 PCMMs 驗(yàn)證過(guò)程中使用它。與觀察到的最大的機(jī)械重復(fù)性誤差,所有六個(gè)傳感器保持他們的工作范圍內(nèi)的 6 個(gè)平臺(tái)位置。 4.描述中使用的電容式傳感器的工業(yè)管理程序 如前所述,電容式傳感器將使我們能夠準(zhǔn)確地知道上層平臺(tái)的位置和方向?qū)^低的平臺(tái),因此它是非常重要的,驗(yàn)證傳感器滿足規(guī)范所提供的制造商。為此,電容式傳感器的特性。使用激光干涉儀進(jìn)行了表征(惠普 5528 a,惠普,帕洛阿爾托,CA,美國(guó))作為校準(zhǔn)設(shè)備。干涉儀,反射器,電容式傳感器和電容式傳感器的目標(biāo)固定在直線導(dǎo)軌、反射器和電容傳感器的目標(biāo)位于移動(dòng)指南的一部分。這種方式,同時(shí)反射器和目標(biāo)移動(dòng),這樣就可以記錄激光干涉儀和電容傳感器讀數(shù),然后進(jìn)行比較。通過(guò)分析傳感器特性的結(jié)果,可以得出這樣的結(jié)論:電容式傳感器滿足制造商 提供的規(guī)格,因此它們是否適合使用它們的工業(yè)管理程序。 5。電容式傳感器的數(shù)學(xué)模型在一個(gè) AACMM 使用工業(yè)管理程序核查程序 使用驗(yàn)證過(guò)程的工業(yè)管理程序 PCMMs,連接測(cè)量?jī)x(即數(shù)學(xué)模型。AACMM)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定平臺(tái)的全球坐標(biāo)系統(tǒng)需要確定。該模型使用的電容式傳感器讀數(shù)驗(yàn)證過(guò)程和最優(yōu)幾何參數(shù)中發(fā)現(xiàn)工業(yè)管理程序校準(zhǔn)過(guò)程。必須指出在整個(gè)驗(yàn)證過(guò)程是不可能衡量的表征領(lǐng)域與 CMM 上下平臺(tái),因此數(shù)學(xué)模型必須允許我們找到一個(gè)同質(zhì)變換矩陣(HTM)表達(dá)了 AACMM x,z yand 讀數(shù)降低平臺(tái)的固定全球坐標(biāo)系統(tǒng)的六個(gè)工業(yè)管理程序不同位置。為此,除了最優(yōu)幾何參數(shù),引用保存數(shù)據(jù)這工業(yè)管理程序也使用校準(zhǔn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型。驗(yàn)證中使用的參考數(shù)據(jù)如下: 1.掛載 AACMM 工業(yè)管理程序如圖 21 所示。 2. 定位位置 1 的工業(yè)管理程序。工業(yè)管理程序的六個(gè)位置標(biāo)記,以便運(yùn)營(yíng)商完全知道工業(yè)管理程序當(dāng)前位置。測(cè)量與測(cè)量臂上平臺(tái) characterizationspheres 確定AACMM HTM(RSupperplatformMRS_AACMM)鏈接參考系統(tǒng)與上層平臺(tái)參考系統(tǒng)如圖 21 所示。它是極其重要的,上層平臺(tái)特性領(lǐng)域以相同的順序,他們測(cè)量IMP.Moreover 在校準(zhǔn)過(guò)程中,由于測(cè)量臂固定在上層平臺(tái),參考系統(tǒng)有它們之間休戚相關(guān)的運(yùn)動(dòng),所以只需要確定 HTM 系統(tǒng)之間只有一次。 3. 找到當(dāng)前參考系統(tǒng)幾何位置 1 的關(guān)系對(duì)全球固定參考系(低平臺(tái))通過(guò)電容式傳感器讀數(shù)在驗(yàn)證過(guò)程和從工業(yè)管理程序獲得的最優(yōu)幾何參數(shù)標(biāo)定過(guò)程。 4. 測(cè)量球的n 球體酒吧計(jì)固定在一個(gè)位置和orientationaround AACMM 測(cè)量體積。球測(cè)量圖 25 b,在我們的案例中提出了如下。 5. 獲得之間的幾何關(guān)系上平臺(tái)和固定下平臺(tái)參考系統(tǒng)所有實(shí)測(cè)點(diǎn)的n 球球桿規(guī)。由于上層平臺(tái)基于固定低平臺(tái)通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合,當(dāng)測(cè)量臂移動(dòng)達(dá)到探測(cè)一個(gè)球體,生成一個(gè)動(dòng)力。這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致微變形運(yùn)動(dòng)耦合的配置使用。這些微變形可以改變的位置上平臺(tái)的固定平臺(tái)較低,在這種情況下,這一立場(chǎng)不會(huì)每次都是相同的,球面上的點(diǎn)是探測(cè)與測(cè)量臂,使得有必要確定一個(gè)不同的 HTM 每個(gè)探測(cè)點(diǎn)如圖 22 所示。 6. 把上層平臺(tái)位置 2 和確定當(dāng)前參考系統(tǒng)之間的幾何關(guān)系與全球參考系統(tǒng)的固定平臺(tái)使用電容傳感器的讀數(shù)和最優(yōu)幾何參數(shù)集的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)過(guò)程。 7. 計(jì)測(cè)量球的 n 球體酒吧。 8. 在步驟 5 中,獲得之間的幾何關(guān)系上平臺(tái)和固定下平臺(tái)參考系統(tǒng)上的所有測(cè)量分 n 球球桿規(guī)的位置 2。 9. 重復(fù)步驟 6、7 和 8 的剩下的四個(gè)位置的平臺(tái)。 數(shù)學(xué)模型,允許我們找到 htm 表達(dá)固定的探測(cè)點(diǎn)全球坐標(biāo)系統(tǒng),使用的電容式傳感器讀數(shù)驗(yàn)證過(guò)程和參數(shù)的設(shè)定校準(zhǔn)過(guò)程解釋。在圖 23 幾何計(jì)劃參考位置之間的電容式傳感器的校準(zhǔn)程序和平臺(tái)位置顯示在驗(yàn)證過(guò)程。 如前所述,最后驗(yàn)證過(guò)程數(shù)學(xué)模型的目的是為了確定鏈接的 HTM 上層平臺(tái)與固定的全局引用系統(tǒng)參考系統(tǒng)在每個(gè)平臺(tái)的所有測(cè)量臂的六個(gè)位置探測(cè)點(diǎn)。- 這種方式,以平臺(tái)的位置1 為例,我們可以制定一個(gè)基于優(yōu)化幾何特性數(shù)學(xué)模型(計(jì)算在工業(yè)管理程序的校準(zhǔn)程序),保存的數(shù)據(jù)集的參考位置 ith-position(參考坐標(biāo) 系(irefSC),參考 HTM,參考點(diǎn)的向量,電容式傳感器讀數(shù))和電容傳感器讀數(shù)中獲得驗(yàn)證程序位置 1。這個(gè)模型的非線性系統(tǒng)方程的未知數(shù) HTM 搜索參數(shù)。 因?yàn)樵谌齻€(gè)球的方向桿規(guī) 5 球測(cè)量和測(cè)量在剩余的四個(gè)領(lǐng)域,我們能夠?qū)崿F(xiàn)252 年中心之間的距離(為所有六個(gè)平臺(tái)位置),他們名義上的距離獲得 252 年相比距離錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤被用來(lái)評(píng)估的測(cè)量體積 AACMM 通過(guò)計(jì)算均方根值?？梢杂^察到的最大距離誤差 252 錯(cuò)誤是 90.2μthat 對(duì)應(yīng)平臺(tái)在垂直的位置 6 球球 1 和 5 之間的桿規(guī)取向;錯(cuò)誤的意思是 20.3μm 和根廣場(chǎng)的兩倍的價(jià)值是 59.1μm。根據(jù)這些結(jié)果,我們可以得出這樣的結(jié)論:AACMM 的容積精度評(píng)估是適當(dāng)?shù)臏y(cè)量?jī)x器的特點(diǎn)。此外,通過(guò)這個(gè)平臺(tái)我們簡(jiǎn)化所需的時(shí)間來(lái)進(jìn)行這些類(lèi)型的過(guò)程從一個(gè)工作日到三小時(shí)也大大減少物理工作。最后提到是很重要的結(jié)果與獲得的結(jié)果不使用平臺(tái),確保正確的平臺(tái)的功能和使用的數(shù)學(xué)算法。 6。結(jié)論 在這個(gè)工作最重要的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械部件的高度,旋轉(zhuǎn)和血統(tǒng)的工業(yè)管理程序都詳細(xì)解釋機(jī)制。取消使用的運(yùn)動(dòng)耦合的安排上平臺(tái)的自由度較低的平臺(tái)和獲得機(jī)械定位重復(fù)性高。此外,運(yùn)動(dòng)耦合的參數(shù)值的確定是根據(jù)的角度確定接觸力向量相交面耦合行動(dòng)。關(guān)于提升機(jī)制,高度的邊坡傾角酒吧決心作為上層平臺(tái)的重量和函數(shù)的大約重量測(cè)量?jī)x器。此外,預(yù)加載力的重要性得到一個(gè)好的剛度耦合裝置和氣動(dòng)系統(tǒng)固定在上層平臺(tái)用于生成預(yù)加載力解釋道。 此外,評(píng)估定位索引計(jì)量平臺(tái)的機(jī)械誤差重復(fù)性得到了在兩種不同的方式。在兩方面的最大機(jī)械定位誤差小于 4μm,這讓我們得出這樣的結(jié)論:定位錯(cuò)誤是可以接受的為了使用 PCMMs 的工業(yè)管理程序在驗(yàn)證過(guò)程。 一個(gè)很重要的問(wèn)題要使用的工業(yè)管理程序核查程序是使用六個(gè)電容傳感器完全確定上層平臺(tái)的位置和方向?qū)^低的平臺(tái)。為此,電容式傳感器進(jìn)行了表征,結(jié)果相比,由制造商提供的規(guī)格。傳感器獲得的敏感性為 0.2012 V /μm 相比提供的 0.2 V /μm 獅子精密數(shù)據(jù)表,所以我們能夠得出這樣的結(jié)論:電容式傳感器滿足制造商提供的規(guī)格,因此它們是否適合使用它們的工業(yè)管理程序。 最后基于電容傳感器讀數(shù)的數(shù)學(xué)模型在驗(yàn)證過(guò)程是解釋;和AACMM 體積的結(jié)果評(píng)估使用索引計(jì)量平臺(tái)進(jìn)行了討論,強(qiáng)調(diào)了在時(shí)間和精力大大簡(jiǎn)化當(dāng)執(zhí)行這些類(lèi)型的程序。 附錄二： Design and Mechanical Evaluation of a Capacitive Sensor-Based Indexed Platform for Verification of Portable Coordinate Measuring Instruments Abstract: During the last years, the use of Portable Coordinate Measuring Machines (PCMMs) in industry has increased considerably, mostly due to their flexibility for accomplishing in-line measuring tasks as well as their reduced costs and operational advantages as compared to traditional coordinate measuring machines (CMMs). However, their operation has a significant drawback derived from the techniques applied in the verification and optimization procedures of their kinematic parameters. These techniques are based on the capture of data with the measuring instrument from a calibrated gauge object, fixed successively in various positions so that most of the instrument measuring volume is covered, which results in time-consuming, tedious and expensive verification procedures. In this work the mechanical design of an indexed metrology platform (IMP) is presented. The aim of the IMP is to increase the final accuracy and to radically simplify the calibration, identification and verification of geometrical parameter procedures of PCMMs.The IMP allows us to fix the calibrated gauge object and move the measuring instrument in such a way that it is possible to cover most of the instrument working volume, reducing the time and operator fatigue to carry out these types of procedures. Keywords: coordinate metrology systems; portable coordinate measuring machine; indexed metrology platform 1. Introduction An important group of coordinate metrology systems is that consisting of portable measuring instruments such as articulated arms coordinate measuring machines (AACMM) and laser trackers (LT). The use in industry of these types of portable equipment has increased considerably during the last years, mostly due to their flexibility for accomplishing in-line measuring tasks as well as their reduced costs and operational advantages as compared to traditional coordinate measuring machines. However, their operation has a significant drawback derived from the techniques applied in the verification and optimization procedures of their kinematic parameters. So far, the only standards developed for AACMM are the ASME B89.4.22-2004, the draft ISO/CD 10360-AA and the VDI guideline 2617-9, and for LT, the ASME B89.4.19 and the VDI guideline 2617-10 . Currently, these techniques are based on the capture of data with the measuring instrument from a calibrated gauge object, such as a ball bar gauge, successively fixed in various positions so that most of the instrument measuring volume is covered . In each position, a support is used to rigidly fix the gauge object at different heights and orientations with respect to the measuring instrument. These changes of position result in a time-consuming, tedious and expensive verification procedure. Thus, the design of novel devices that allow the simplification of the mentioned techniques is of paramount concern for research in coordinate metrology . In recent years many authors have developed new novel devices to carry out the verification and optimization procedures of PCMMs, particularly of AACMM and LT. In a new method to estimate the uncertainty of a measuring arm using a tridimensional gauge is presented. This method consists of a flat plate with nine spheres fixed at three different heights with respect to the metallic surface of the plate. Then the spheres’ centers are measured with the measuring arm at different locations and orientations, and the distances between the sphere centers are compared to the nominal distances to evaluate the measuring performance of the arm. Piratelli presented a gauge with virtual spheres for the verification assessment of AACMM that consists of two groups of conical holes which serve as kinematic seats for the AACMM probe and are used to determine points of two spherical surfaces. These points are fitted to spheres using computational algorithms and the distance between the spheres’ centers is calculated and compared to the nominal distances measured with a Coordinate Measuring Machine (CMM). The same author developed a virtual spheres plate gauge to check the performance of AACMMs consisting of 16 groups of four conic holes placed on an aluminum plate to determine 16 virtual spheres. The gauge was placed at three positions within the AACMM work volume to take coordinates’ points at each hole with a spherical rigid probe and as in , these points were also fitted to spheres and the distances between the spheres’ centers were calculated and compared to the nominal distances measured with a CMM . In the influence of the contact force by the operator on the performance of AACMMs was measured by means of a contact force sensor developed by the authors in which the contact force was proved to be a main factor influencing the AACMMs performance. In the optimal measurement area and a spatial error distribution model of an AACMM is determined by using a Support Vector Machine approach. Kovac and Frank proposed the use of a high precision gauge instrument for the verification and calibration of AACMMs. Their work focused on the development, manufacturing and characterization of this instrument to use it in parameter identification procedures and evaluation tests of AACMMs in laboratories, determining the gauge uncertainty due to its main influence variables. Santo aria proposed a calibration process based on the Denavit-Hartenberg kinematic model parameters. These parameters are optimized measuring a calibrated ball gauge bar positioned at different orientations and positions of the AACMM work volume . Ouyang proposed a laser tracker calibration method using coordinate measuring machines. Using this method, a commercial laser tracker was calibrated and angular errors were found to be the key error source . In the authors present the development of a metrological model to identify the kinematical parameters of a measuring arm as well as the errors associated with its measurements. Moreover, using the metrological model information, the authors developed a virtual kinematic model with CATIA software, which objective was to assess the measuring performance of the measuring arm without physically using the AACMM.González et al. presented a virtual circle gauge method to evaluate for the assessment of AACMM throughout its measuring volume. In most of the works found in the literature, a common task during the verification or calibration of PCMMs depends on the necessity of locating at different heights and orientations a calibrated gauge object throughout the working volume of the measuring instrument. As mentioned before, this result in a time-consuming, tedious and expensive verification and calibration procedures, that increases the costs of carrying out these types of procedures which industries are not always willing to assume. In this work, an explanation of a novel design of an indexed metrology platform is presented and the most important aspects of its sensors, mechanisms and mechanical components are explained. The use of six capacitive sensors in the IMP and the paramount importance of this measurement device during the verification procedures of PCMMs is explained. Finally, the mechanical repeatability achieved by the IMP with the kinematic coupling arrangement of spheres and cylinders is highlighted. The main purpose of the IMP is to drastically simplify the verification and identification procedures of PCMMs through an alternative to the typical procedures by inverting the roles, that is, fix the calibrated gauge object and move the measuring instrument in such a way that it is possible to cover most of the instrument working volume. To this end, the PCMM is fixed to the IMP, so it can vary its relative position with respect to the calibrated gauge object with a high mechanical positionrepeatability knowing its position and orientation in the global reference system of the lower platform.This way, the time and effort needed to carry out this type of procedure for PCMMs (i.e., AACMM)can be reduced from approximately two days to only three hours by eliminating the necessity of moving support of the calibrated gauge object around the measuring instrument. 2. Mechanical Components of the Indexed Metrology Platform The IMP consists of a mobile hexagonal upper platform and a hexagonal fixed lower platform of dimensions 398.5 mm × 345 mm, designed in such way that the upper platform rotates around the fixed lower platform and descends every 60°, thus having six possible different positions of the upper Sensors 2014, 14 609platform with respect to the lower platform. Moreover, to cancel the degrees of freedom (DoF) and to ensure a good mechanical repeatability of the upper platform with respect to the lower platform, an arrangement of spheres and cylinders kinematic couplings is utilized. To determine the upper platform and lower platform reference systems, three characterization spheres are located on the sides of the platforms and measured with a CMM. These spheres are of great importance because they will allow us to express coordinates of measured data in the fixed lower platform global coordinate system during the verification of PCMMs. Kinematic couplings have widely been used for positioning one rigid body with respect to another with a high repeatability in applications such as metrology, manufacturing, fixturing and material handling. Nevertheless, as far as we know, they have not been used in PCMMs metrology applications, in which their high repeatability and interchangeability are of great importance .In order to use the IMP in the verification procedure of PCMMs, a high mechanical positioning repeatability of the upper platform with respect to the lower platform has to be achieved. To this end, the arrangement of the kinematic couplings used in this work was selected based on a previous work where a high positioning mechanical repeatability was obtained . In that arrangement the kinematic couplings spheres and cylinders were inserted half their height into the upper and lower platforms respectively. In Figure 5 a frontal view of a sphere and cylinder of the kinematic coupling is shown; where variables R1 and R2 correspond to the sphere and cylinder radius respectively, α is the angle formed from the lower platform surface to the straight line connecting the sphere and cylinder centers, M represents the vertical distance of the right triangle formed between the spheres and cylinder centers and X is the difference between parameter M and radius R2. 2.1. Elevation Mechanism As explained before, with the arrangement of the kinematic coupling selected it is possible to position the upper platform with respect to the lower platform in six different positions with the kinematic coupling being the only support elements between platforms. This six positions are manually interchangeable by the operator and the change of one position to another is achieved by means of an elevation mechanical system composed of a ball screw, two steel bars with linear displacement; within the steel bars two 13 mm spheres are housed beneath four spherical roller thrust bearings protruding from a cylindrical hole in the center of the spherical roller thrust bearings seats. Moreover, the steel bars feature a ramp that allows the elevation spheres to slide along them. To determine the angle of the ramp as a function of the slope inclination, the horizontal force required to elevate a sphere was calculated. In Figure 9 the equilibrium of forces to determine the horizontal force is represented. elevate one sphere. where m is the total mass to be elevated, equals to the sum of the weight of the upper platform (10 kg) and an AACMM or LT (11 kg. approximately); μ (0.57) represents the friction