协作多臂测量系统的联合误差评价、检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了协作多臂测量系统的联合误差评价、检测方法与系统，评价方法根据参考臂与其余控制臂的空间夹角进行数据转化，得到其余控制臂在参考臂位姿下的翻转数据；利用翻转数据与参考臂在有效视场范围内对同一标准的采样数据进行联合误差评价；检测系统包括翻转机构与角度跟踪系统，检测方法包括调节翻转机构使标准器转动到第i个控制臂的有效视场范围内，利用角度跟踪系统获取标准器相对于参考位置的参考翻转角度α

Joint error evaluation, detection method and system of cooperative multi arm measurement system

【技术实现步骤摘要】
协作多臂测量系统的联合误差评价、检测方法与系统
本专利技术涉及联合误差测量
，尤其是针对多臂多传感器测量系统的联合误差测量方法。
技术介绍
协作多臂测量系统具两个及以上控制臂，每个控制臂上具有单个或多个/种传感器，各个控制臂的轴线不平行。联合误差的评价是将多个传感器分别对同一标准器的采样数据进行集中融合处理，得到相应的联合误差。联合误差包含联合尺寸测量误差、联合形状测量误差、联合位置测量误差。为了保证各个臂的单个测量精度和联合测量精度，需使用同一标准器对单个臂测量能力和多个臂联合使用测量能力进行检测。参考图4所示，对于单臂多传感器的联合误差的评价需要分别用各个传感器对标准器进行采样，例如接触式传感器a1、光学传感器a2、影像传感器a3分别对标准器中的一个标准球进行采样。在采样过程中，该标准球处于各传感器有效视场范围内。其中，接触式传感器对该球的上表面进行分布式采样，采样点共计25个，近似均匀地分布在球体的上端表面上；光学传感器对球体上表面进行采样，上表面的覆盖面积为中心线Z轴的30角度区域，采样点为25个；图像传感器采集球体上端近似中间截面，在中间截面近似均匀采样，获得采样点25个。利用每个传感器的采样数据进行拟合得到拟合球(高斯球)，将拟合球的直径与名义值的差作为该联合测量系统的尺寸测量误差；将所有点到球心的最大值和最小值之差作为系统形状测量误差。各传感器的采样数据拟合得到各自的球心，用所有球心坐标拟合得到最小外接球，外接球的直径作为该联合测量系统的位置误差。但是，对于多臂多传感器的联合误差检测，若直接采用单臂多传感器对标准器的采样方式，会导致标准器不能同时满足位于每个控制臂上的传感器的有效视场范围内，严重影响联合误差的精度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供一种一种协作多臂多传感器测量系统检测方法，解决协作多臂多传感器测量系统非同构空间的传感器高质量采样和联合测量误差的评测问题。。本专利技术还提供一种协作多臂测量系统的联合误差检测方法，解决现有技术中无法准确采集用于检测协作多臂测量系统的联合误差的测量数据的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术手段：一种协作多臂测量系统的联合误差评价方法，以一个控制臂作为参考臂，其余控制臂相对于参考臂均存在空间夹角；分别获取其余控制臂相对于参考臂的空间夹角，根据空间夹角对其余控制臂在有效视场范围内对同一标准器的采样数据进行转化，得到其余控制臂在参考臂位姿下的翻转数据；利用翻转数据与参考臂在有效视场范围内对同一标准器的采样数据进行联合误差评价。进一步的，联合误差包括联合尺寸测量误差PSize、联合形状测量误差PForm与联合位置测量误差PLocation，具体评价方式分别如下：参考臂的所有采样数据以及其余控制臂的所有翻转数据均作为测量点数据；联合尺寸测量误差PSize：根据测量点数据拟合出空间球体，将空间球体的直径与标准器上标准球的直径名义值之差作为联合尺寸测量误差；联合形状测量误差PForm：根据测量点数据拟合出空间球体，将所有测量点到空间球体球心的最大值与最小值之差作为联合形状测量误差；联合位置测量误差PLocation：根据每个控制臂对应的测量点数据分别拟合出各自的球心，用所有球心坐标拟合得到的最小外接球，最小外接球的直径作为联合位置测量误差。优选的，以标准器位于参考臂的有效视场范围时的位置为参考位置，以标准器翻转到其余控制臂有效视场范围时相对于参考位置的参考翻转角度作为其余控制臂与参考臂之间的空间夹角。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术手段：一种协作多臂测量系统的联合误差检测方法，包括以下步骤：步骤1：通过翻转机构将标准器安装在协作多臂测量系统的XOY平面内；翻转机构能够带动标准器绕X轴或Y轴进行单轴翻转；步骤2：调节翻转机构使标准器转动到第i个控制臂的有效视场范围内，利用角度跟踪系统获取标准器相对于参考位置的参考翻转角度αi，参考位置即为标准器相对于参考臂的有效视场位置，i＝{1,2,...,m}，m表示控制臂的总数量；i＝1时，第1个控制臂表示参考臂，α1＝0；步骤3：第i个控制臂上的传感器对标准器进行采样；步骤4：重复步骤2与步骤3，直到所有控制臂上的所有传感器完成对标准器的采样；步骤5：根据相应的参考翻转角度αi对各个控制臂采集的数据进行转换，得到各个控制臂相对于参考位置的翻转数据。本专利技术还提供一种协作多臂测量系统的联合误差检测系统，包括翻转机构与角度跟踪系统；所述角度翻转机构用于安装标准器，并能带动标准器绕翻转中心点进行单轴翻转，翻转中心点位于标准器底面；所述角度跟踪系统用于跟踪并测量标准器的参考翻转角度。进一步的，所述角度跟踪系统包括激光干涉仪、分光镜、参考面镜、三角棱镜、测量面镜与参考翻转角度计算模块；以标准器底面上的一点作为跟踪点，测量面镜则安装在标准器底面相对于跟踪点的位置；激光干涉仪通过分光镜将光路分解成沿X轴与Y轴方向的两个分光光路；参考面镜安装在垂直于标准器进行单轴翻转所绕轴线的分光光路上，三角棱镜安装在另一分光光路上；三角棱镜用于跟随跟踪点在标准器单轴翻转过程中的水平方向上的轴向移动，并将光线引导至测量面镜并接收测量面镜的反射光，从而使得激光干涉仪能够测量出测量面镜在Z轴方向距离三角棱镜的高度，以此高度作为跟踪点距离三角棱镜的高度；参考翻转角度计算模块根据跟踪点在Z轴方向距离三角棱镜的高度计算出参考翻转角度。进一步的，参考翻转角度计算模块按如下方式计算参考翻转角度：首先，获取标准器位于水平位置时，跟踪点距离三角棱镜的初始高度h0；然后，获取标准器位于参考位置时，跟踪点距离三角棱镜的高度h1；计算参考位置时的标准器与水平面之间的夹角α0；最后，计算第i个控制臂相对于参考位置的参考翻转角度αi，根据以下公式：式中，L表示标准器上的跟踪点与翻转中心点之间的距离，hi表示跟踪点距离三角棱镜的高度。进一步的，翻转中心点与跟踪点的位置分别对应于标准器上的不同检测点。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的联合误差评价方法通过将其余控制臂的采样数据统一到参考臂位姿下实现了多臂测量系统的联合误差评价，能够进行多种联合误差评价，包括联合尺寸测量误差PSize、联合形状测量误差PForm与联合位置测量误差PLocation，填补了技术空白。以标准器的参考翻转角度作为空间夹角，便于检测，符合实际。2、本专利技术的联合误差检测方法能够为联合误差评价提供所需数据，是实现联合误差评价的基础。3、本专利技术通过翻转标准器实现了用同一标准器对不同控制臂进行数据采集，使得不同控制臂均能在自身的有效视场范围内对标准器进行测量，是协作多臂测量系统准确进行联合误差检测的基础。4、由于协作多臂测量系统中各个控制臂的位姿不相同，各个控制臂的测量数据无法直接用于联合误差的计算，需要统一控制臂的位姿。本专利技术通过角度跟踪系统获取参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协作多臂多传感器测量系统的联合误差的评价方法，其特征在于：以一个控制臂作为参考臂，其余控制臂相对于参考臂均存在空间夹角；分别获取其余控制臂相对于参考臂的空间夹角，根据空间夹角对其余控制臂在有效视场范围内对同一标准器的采样数据进行转化，得到其余控制臂在参考臂位姿下的翻转数据；利用翻转数据与参考臂在有效视场范围内对同一标准器的采样数据进行联合误差评价。/n

【技术特征摘要】
1.一种协作多臂多传感器测量系统的联合误差的评价方法，其特征在于：以一个控制臂作为参考臂，其余控制臂相对于参考臂均存在空间夹角；分别获取其余控制臂相对于参考臂的空间夹角，根据空间夹角对其余控制臂在有效视场范围内对同一标准器的采样数据进行转化，得到其余控制臂在参考臂位姿下的翻转数据；利用翻转数据与参考臂在有效视场范围内对同一标准器的采样数据进行联合误差评价。


2.根据权利要求1所述的协作多臂多传感器测量系统的联合误差的评价方法，其特征在于：联合误差包括联合尺寸测量误差PSize、联合形状测量误差PForm与联合位置测量误差PLocation，具体评价方式分别如下：
参考臂的所有采样数据以及其余控制臂的所有翻转数据均作为测量点数据；
联合尺寸测量误差PSize：根据测量点数据拟合出空间球体，将空间球体的直径与标准器上标准球的直径名义值之差作为联合尺寸测量误差；
联合形状测量误差PForm：根据测量点数据拟合出空间球体，将所有测量点到空间球体球心的最大值与最小值之差作为联合形状测量误差；
联合位置测量误差PLocation：根据每个控制臂对应的测量点数据分别拟合出各自的球心，用所有球心坐标拟合得到的最小外接球，最小外接球的直径作为联合位置测量误差。


3.根据权利要求1所述的协作多臂多传感器测量系统的联合误差的评价方法，其特征在于：以标准器位于参考臂的有效视场范围时的位置为参考位置，以标准器翻转到其余控制臂有效视场范围时相对于参考位置的参考翻转角度作为其余控制臂与参考臂之间的空间夹角。


4.一种协作多臂多传感器测量系统的联合误差的检测方法，其特在于，包括以下步骤：
步骤1：通过翻转机构将标准器安装在协作多臂测量系统的XOY平面内；翻转机构能够带动标准器绕X轴或Y轴进行单轴翻转；
步骤2：调节翻转机构使标准器转动到第i个控制臂的有效视场范围内，利用角度跟踪系统获取标准器相对于参考位置的参考翻转角度αi，参考位置即为标准器相对于参考臂的有效视场位置，i＝{1,2,...,m}，m表示控制臂的总数量；i＝1时，第1个控制臂表示参考臂，α1＝0；
步骤3：第i个控制臂上的传感器对标准器进行采样；
步骤4：重复步骤2与步骤3，直到所有控制臂上的所有传感器完成对标准器的采样；
步骤5：根据相应的参考翻转角度αi对各个控制臂采集的数据进行转换，得到各个控制臂相对于参考位置的翻转数据。


5.根据权利要求4所述的协作多臂测量系统的联合误差检测方法，其特在于，通过翻转矩阵进行数据转换：
当标准器绕Y轴翻转时，翻转数据如下：



式中，ni表示第i个控制臂上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周森，徐健，陶磊，颜宇，熊乙坤，
申请(专利权)人：重庆市计量质量检测研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50