基于旋量理论的被动式跟踪测量系统误差分析与补偿ErrorAnalysisandCompensationofPassiveTrackingMeasurementSystemBasedonScrewTheory林钰淇张记云任伟鹏陈天赐娄志峰通信作者（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024）[摘要]被动式跟踪测量系统由一个二维旋转平台和一个径向伸缩机构组成，用于测量目标的空间坐标。伸缩机构的末端固定有一个标准球，该标准球被目标磁吸，其径向位移由直线光栅尺测量。二维转盘的旋转角度由两个各自的圆形光栅测量。分析了被动式跟踪测量系统的主要误差来源，基于旋量理论建立了误差模型。最后，利用三坐标测量检测误差模型的补偿效果。经过误差补偿后，被动式跟踪测量系统在450×450×200mm空间的最大测量误差降低到132.2μm。[关键词]被动式跟踪测量系统；旋量理论；误差测量；误差模型[中图分类号]TH741[文献标识码]A基于旋量理论的被动式跟踪测量系统误差分析与补偿林钰淇，等0引言空间运动精度的测量仪器及方法有激光跟踪仪、经纬仪、工业摄影测量、iGPS等。与其他仪器相比，激光跟踪仪具有精度高、动态性能好等优点，是测量工业机器人运动误差的常用仪器。激光跟踪器可以主动跟踪固定在移动目标上的反射器，并通过记录到反射器的径向距离以及两个正交的方位角来提供球坐标系中的位置数据。Lau等人进行了激光跟踪仪的早期研究，分析了旋转轴误差和激光束对准误差对空间测量精度的影响[1,2]。Loser等人提出了激光跟踪仪的标定方法，并建立了基于多体系统理论的误差分析模型[3]。Muralikrishnan等人分析了激光跟踪仪的装配误差，如垂直轴与水平轴的相对偏差、激光束的位置偏差、编码器的偏心等，并建立了完整的误差分析系统[4]。为了简化激光跟踪仪的误差补偿方法，Conte等人建立了基于DH理论的误差模型[5]。周维虎等人推导出激光跟踪仪几何误差数学模型，并设计实验实现误差分离与标定[6]。张和君等人建立包含19项误差的激光跟踪仪运动学模型，采用空间圆平面约束标定法标定误差，并通过数值优化求解误差参数[7]。在激光跟踪仪中，旋转轴的角度测量误差对仪器的测量精度影响很大。Ouyang等人使用坐标测量机校准激光跟踪仪角度误差[8]。卢荣胜等人采用多面棱体作为角度比对仪器，并配合自准直仪标定了激光跟踪仪角度编码器的测角误差[9]。为了简化跟踪伺服系统，研究人员开发了一些原理简单的仪器实现被动跟踪来测量目标的空-19-《仪器仪表与分析监测》2023年第1期图1被动式跟踪测量系统的结构示意图图2伸...
