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研究生:羅偉彰
研究生(外文):Wei-Zhang Lo
論文名稱:平台球桿量測裝置設計分析
論文名稱(外文):Design and Analysis of the Platform Ball Bar
指導教授:雷衛台
指導教授(外文):Wei-Tai Lei
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:平台球桿量測裝置
外文關鍵詞:Platform Ball Bar
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欲完整快速量測工具機運動誤差項非常耗時和困難[1][2],具三線性軸之工具機共有21個運動誤差項,包括每一軸之6個運動誤差項及三軸彼此間之垂直度誤差。文獻[3]提到利用雷射球桿來進行量測,此量測方法的缺點是只能量到工作空間內工作平台的定位移動誤差,而轉動誤差則無法量出,此外算出的移動誤差會受到轉動誤差的影響。當工作台上三個球穴位置改變時,在同一工具機位置可能得到不同的誤差值。為克服此一缺點,在文獻[4]中提出一新的量測裝置,此量測裝置具史都華平台(Stewart Platform)裝置之封閉並聯式6連桿機構,其主要架構包含二平台、6根置於二平台間的量測球桿、12個分別固定在二平台上的支承柱、和一台電腦,形成一平台球桿量測裝置(Platform Ball Bar)以下簡稱為PBB,量測球桿由兩端可線性伸縮的可伸縮桿,及固定在可伸縮桿上的位移量測裝置組成,固定在可伸縮桿上的位移量測裝置可為光學尺(Linear Encoder)、雙球桿量測儀(Double Ball Bar)、或雷射干涉儀等,可因可伸縮桿之線性位移變化而送出量測信號之裝置。本論文之研究目的是針對此平台球桿之設計及量測方法進行分析。
本論文針對平台球桿量測裝置之量測姿態,與設計參數進行研究,透過量測空間的分析找出二平台量測時的最佳擺放位置與姿態,並分析設計參數,探討桿長、二平台半徑與量測空間的關係,以作為機構設計時的依據,另外模擬量測球桿之解析度與量測結果的關係,並對正轉換方法進行探討,以確認運算精度在要求範圍內。模擬結果說明透過適當的量測程序設計,可以找到合適的量測空間,使量測空間的內徑大於待量測軸的運動行程。

摘要 I
圖目錄 IV
表目錄 VI
符號定義 VII
1 簡介 1
2 史都華平台 2
2.1 機構轉換 4
2.1.1 理想模型 4
2.1.2 誤差模型 6
3 平台球桿量測原理 8
3.1 量測程序 9
3.2 平台球桿初始化 10
3.3 平台球桿座標計算 12
4 量測空間分析 16
4.1 二平台不相互平行時之量測空間變化 18
4.2 二平台相互平行時之量測空間 24
4.3 給定Lmax、Lmin、rp條件下量測空間與φ的關係 26
4.4 給定Lmax、Lmin、φ條件下量測空間與rp的關係 27
4.5 Lmax、Lmin與量測空間的關係 28
5 量測精度分析及程序設計 32
5.1 裝置精度分析 32
5.2 機器工作空間 38
5.3 量測程序設計 38
5.4 正轉換方法分析 44
6 結論 50
參考文獻 51

[1]Zainal Abidin Ahmad,Yoshiaki Ihara and Shuding Lin,
"Analysis of the Motion Accuracy of 5-Axis Controlled
Machining Centers using DBB Method”,ICPE,1997,Taipei,
Taiwan,International Conference On Precision Engineering.
[2]Kuang-Chao Fan,Mu-Jung Chen,"Development of a six-Degree-of-
Freedom Measurement System for the Accuracy of X-Y Stages",
ICPE,97 Taipei,Taiwan,International Conference On Precision
Engineering.
[3]John.C.Ziegert and Christopher D.Mize,"The Laser Ball Bar:
a new instrument for machine tool metrology",Precision
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[4]雷衛台,2000,"平台球桿量測裝置",中華民國發明專利第13667號。
[5]D.Stewart,"A Platform with 6 Degrees of Freedom",Proc.of the
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p:371-386.
[6]E.F.Fichter,"A Stewart Platform-Based Manipulator:General
Theory and Practical Construction",The International Journal
of Robotics Research,Vol.5,No.5,Summer 1986,p:157-182.
[7]http://www.prod.sandia.gov
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of a Stewart Platform Manipulator",IEEE Transactions on
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[10]http://www.isd.cme.nist.gov.
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[13]Clement Gosselin and Jorge Angeles,"Singularity Analysis of
Closed-Loop Kinematic Chains",IEEE Transactions on Robotics
and Automation,Vol.6,No.3,June 1990,p:281-290.
[14]宋孟沛,"平行六連桿工具機之定位誤差補償研究",清華大學動力機械工程
學系碩士論文,1999。
[15]J.-P.Merlet,"Designing a parallel Manipulator for a
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[16]Jean-Pierre Merlet,"Trajectory Verification in the
Workspace for Parallel Manipulators",The International
Journal of Robotics Research,Vol.13,No.4,August 1994,
p:326-333.
[17]Jaouad Sefrioui and M.Gosselin,"Singularity Analysis and
Representation of Planar Parallel Manipulators",Robotics and
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[18]"A Machine for the 21st Century",Machine and Production
engineering,20 January 1995,p:20-22.

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