[發明專利]一種數控機床旋轉軸幾何誤差三線測量法

有效

• 申請號: 201310738106.7
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103737426A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 郭俊杰;李海濤;鄧玉芬;邱娟;王興
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q17/24
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種數控機床旋轉軸幾何誤差三線測量法，其特征在于，包括以下步驟：

1）利用三坐標測量機標定貓眼托架六個固定點的相對空間坐標位置，六個固定點為貓眼（1）繞回轉軸（4）旋轉一周的六個不同位置；

2）將貓眼托架固定安裝在旋轉軸轉臺上，然后以貓眼托架的回轉中心為坐標原點O，以過坐標原點O和第一個固定點的直線為X軸，設定坐標原點O、第一個固定點以及第二個固定點所確定的平面為XOY平面，在XOY平面內過坐標原點O垂直于X軸的直線為Y軸，以過坐標原點O垂直于XOY平面的直線為Z軸，然后按照右手法則建立位置固定的笛卡爾坐標系；

3）利用六個固定點在笛卡爾坐標系的位置坐標完成激光跟蹤儀在四個基站的標定；在機床轉臺旋轉過程中，利用激光跟蹤儀在四個基站的空間坐標值連續標定六個固定點中三個固定點的坐標，得到三個固定點的空間閉合圓周軌跡線；

4）利用最小二乘法求解三條閉合圓周軌跡線的三個理論圓心空間坐標，求解一條空間直線L₁，使其距離三個理論圓心的距離平方和最小；

5）過坐標原點O作一垂直于直線L₁的直線L₂交于點O’，以O’為坐標原點，直線L₂為X軸，直線L₁為Z軸，依據右手法則建立笛卡爾坐標系；

6）求解步驟2）中的笛卡爾坐標系向步驟5）中笛卡爾坐標系的轉換矩陣，并利用此轉換矩陣求解三條空間軌跡線在步驟5）中笛卡爾坐標系中的坐標；

7）連接三個固定點的空間軌跡上的對應點，得到連續多個三角形的空間位姿；

8）求三角形的法向量，定義初始三角形的法向量為初始法向量，后續三角形的法向量為后續法向量，在步驟5）中所建立的笛卡爾坐標系中，將初始法向量繞Z軸旋轉，旋轉角度為數據采集時的理論角度值，旋轉次數與后續法向量的個數相同，并記錄旋轉之后的法向量值；

9）以步驟8）中旋轉后的初始法向量為參考，后續法向量分別繞Z軸和X軸各旋轉一次，使后續法向量與步驟8）中旋轉后的初始法向量重合，兩個旋轉角分別為旋轉軸圓周定位誤差和繞X軸的旋轉角誤差；

10）利用后續法向量與X、Y、Z軸的夾角關系求解出第三項旋轉角誤差；

11）利用步驟9）所得到的兩項旋轉角誤差使后續三角形分別繞步驟9）中所述兩個軸逆向旋轉，經過旋轉，所有后續三角形與初始三角形的夾角與理論值相同，并記錄旋轉后的頂點坐標；

12）將初始三角形順向繞步驟5）中所建立的笛卡爾坐標系Z軸進行旋轉，旋轉角度值分別為所有后續三角形數據采集時時的轉臺旋轉角度理論值，有多少后續三角形便旋轉多少次，并記錄此時初始三角形任意頂點的空間坐標值；

13）將經過步驟12）的所有初始三角形上頂點空間坐標值與步驟11）中所有后續三角形對應頂點的空間坐標值相減，所得到的三項誤差即為旋轉軸三項直線度誤差。

2.根據權利要求1所述的一種數控機床旋轉軸幾何誤差三線測量法，其特征在于：所述步驟3）的具體實施流程為：

第一步、將激光跟蹤儀顯示值設為0，旋轉貓眼托架的擺桿，在六個不同位置記錄激光跟蹤儀的顯示值，利用這些顯示值標定激光跟蹤儀所在基站B₁的空間坐標；

第二步、控制機床轉臺繞其回轉中心進行旋轉，并在回轉路徑上設置多個測量點，當轉臺旋轉至各測量點位置時，轉臺停止旋轉，記下該測量點位置處激光跟蹤儀的測距讀數，轉臺旋轉一周，所有測量點測量完成后，得到不同測量點處的激光跟蹤儀的測距讀數；

第三步、將擺桿旋轉120°，重復第一、第二步，測量完畢后，再將擺桿旋轉120°，重復第一、第二步，獲得擺桿在三個不同位置的測距讀數；

第四步、將激光跟蹤儀分別固定在基站B₂、基站B₃以及基站B₄，并在基站B₂、B₃以及B₄分別重復第一步至第三步。