[發明專利]面向自由曲面的接觸式測量誤差補償方法及補償系統

有效

• 申請號: 201310342502.8
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103481122A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 吳石;王正春;王義文;劉獻禮;劉立佳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B23Q17/20
• 分類號: B23Q17/20
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

1.一種面向自由曲面的接觸式測量誤差補償系統，其組成包括:?紅寶石測頭，其特征是:?所述的紅寶石測頭與陶瓷測桿連接，所述的陶瓷測桿與壓力傳感器連接，所述的壓力傳感器與信號發射器連接，所述的壓力傳感器與刀柄連接，所述的刀柄與三軸機床連接，所述的信號發射器與信號接收器通過無線信號連接，所述的信號接收器安裝在所述的三軸機床上，所述的信號接收器與所述的三軸機床的JA40接口電連接，所述的三軸機床與電腦主機電連接。

2.一種面向自由曲面的接觸式測量誤差補償系統的補償方法，其特征是:

（1）二維曲面加工誤差補償方法：

對于二維曲線表示的曲面，首先選擇一個測量引導點????????????????????????????????????????????????，引導點在模型中的作用是利用引導點的Z軸與偏置面相交得到理論測量點的測頭球心；在實際測量中，引導紅寶石側頭在實際工件上尋找相應的模型上的匹配點進行測量；

然后用對工件理想曲面δ進行偏移，得到測頭球心的偏移曲面，此時偏移面和引導點的垂直方向有個交點（，，），也就是理論測頭球心，點為理論測量點，如果是理想工件，實際測量點和理論測量點重合；引導點的坐標（，，）從工件理論模型中讀取，如果理論測量點點的法線方向，對于二維曲線表示的曲面，則理論測量點點的坐標（，，）為：

?????????（1）

在實際測量中，由于加工中存在各種誤差因素的影響，理論模型上的理論測量點和實際工件上測得的測量點不完全重合；為工件的實際加工曲面，為工件的實際偏移曲面；

記實際測頭球心（，，），在對距離點的方向正負方向0.5mm各取一個點、，此時過點的垂直方向與軸的夾角為：

????????????????????????????（2）

經過實際測頭球心的實際偏置曲面的垂線與實際加工曲線相交與點，（，，）為實際測量點，其坐標如下：

???????????????????（3）

這樣實際測量點和理論測量點誤差為：

????????（4）

現將這種利用實際測頭球心、理論測頭球心，以及過實際測頭球心的實際偏置曲面的垂線與軸夾角對實際測量點進行修正的方法對推廣到三維自由曲面的接觸測量補償；（2）三維曲面加工誤差補償方法：

在三維曲面里，各方向曲率變化不一致，接觸式測量時理論測量點和實際測量點會隨引導點位置和工件曲率變化而不同；首先根據工件理論模型曲面產生一個偏置距離是測頭半徑的偏置曲面，該偏置曲面和引導點的向有一個交點，這個交點就是理論測量點的測頭球心，點通過工件理論模型讀取出來；而曲面上理論測量點的法線與，，軸均會有一個角度對應關系；?

根據UG中的工件理論模型，確定引導點點坐標（，，），偏置曲面與引導點的向交點為理論測針球中心（，，），長度；紅寶石測頭直徑為6mm，經過理論測量點的曲面法線與，，軸線夾角、、，由工件理論模型得出；三維曲面理論測量點的坐標為：

???????????????????????????（5）

同樣，由于加工過程中的各種誤差的存在，實際測量點和理論測量點就不會重合，現對三維曲面實際測量點進行誤差補償；首先確定經過實際測量點的實際加工曲面的法向向量，該法向向量基于微平面法求得，以測量點為中心半徑為0.05-0.5mm的圓上取三點，確定一個微平面，微平面的法線方向即是經過測量點的曲面法線方向；微平面的法向方向和在實際測量時通過測頭取的三個球心坐標確定的微平面法向量重合，記通過測頭取的三個球心坐標依次為、、；

設微平面法向量（，，），則：

，

?????????????（6）

由此算出法向量（，，）與，，軸的夾角，即使法向量與向量（1，0，0）、（0，1，0）、（0，0，1）的夾角、、；

????????????????????????（7）

根據經過實際測量點加工曲面的法線方向及、、，計算出實際測量點的坐標；

三維曲面實測的測頭測量點的坐標為：

??????????????????（8）

那么，實際測量點和理論測量點的誤差為：

???????????（9）

這樣，通過實際測量點和理論測量點的誤差補償，來修正測量過程中由測頭半徑帶來的誤差。

3.根據權利要求2所述的面向自由曲面的接觸式測量誤差補償系統的補償方法，其特征是：將上述的算法編入在測量系統的后處理模塊，在后處理模塊中實現誤差補償；測量完成后，打開在機測量系統的生成測量報告模塊，點擊導出測量報告菜單，導出點信息及點誤差信息；首先，通過分析點信息及點誤差信息，查看測量誤差（ΔX、ΔY、ΔZ）是否在可接受范圍內，如果在可接受范圍內工件合格，否則不合格；其次通過對點信息及點誤差的分析，確定誤差是由測量誤差產生還是由機床本體誤差產生，或者由工件加工誤差產生；通過工件的加工誤差產生原因分析，得出工件型面的剛度場分布，推出型面的加工難易程度，然后在下次加工的時候改變工件剛度場或者改變加工方法來指導實際生產；最后通過對點信息及點誤差的分析，針對性的編寫機床加工程序，對誤差過大的工件進行二次加工修整，直到工件合格。