[發(fā)明專利]一種數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差三線測量法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310738106.7
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103737426A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭俊杰;李海濤;鄧玉芬;邱娟;王興
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控機床轉(zhuǎn)臺測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差三線測量法。

背景技術(shù)

幾何誤差是影響數(shù)控機床加工精度最重要的因素，因此，快速、準確檢測出機床的各項幾何誤差并進行誤差補償是提高機床加工精度的重要途徑之一。目前，機床直線軸誤差檢測方法有很多，而旋轉(zhuǎn)軸誤差檢測方法相對較少，也是目前機床檢測的難點之一。采用自準直儀和多面體只能對轉(zhuǎn)臺的定位誤差進行評定，而對其他各項誤差無法測量。利用激光干涉儀和英國Renishaw公司的RX10回轉(zhuǎn)精度測量儀以及其他輔助測量工具，可對轉(zhuǎn)臺的各項誤差進行測量，但檢測周期較長；利用球桿儀測量時，需要機床多軸聯(lián)動，并需要球桿儀在不同模式下進行測量，測量過程較為復(fù)雜。

由于轉(zhuǎn)臺的運動精度直接影響著多軸數(shù)控機床的整體加工精度，有必要提出一種能夠快速、準確檢測出旋轉(zhuǎn)軸精度的新方法，為提高多軸數(shù)控機床加工精度奠定堅實的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差三線測量法，具有成本低、精度高、操作快速簡單、測量信息豐富等優(yōu)點。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差三線測量法，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(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)一周的六個不同位置；

2）將貓眼托架固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)臺上，然后以貓眼托架的回轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)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(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)過程中，利用激光跟蹤儀在四個基站的空間坐標值連續(xù)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(shè)’為坐標原點，直線L₂為X軸，直線L₁為Z軸，依據(jù)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(zhuǎn)換矩陣，并利用此轉(zhuǎn)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(yīng)點，得到連續(xù)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(xù)三角形的法向量為后續(xù)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(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為數(shù)據(jù)采集時的理論角度值，旋轉(zhuǎn)次數(shù)與后續(xù)法向量的個數(shù)相同，并記錄旋轉(zhuǎn)之后的法向量值；

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

10）利用后續(xù)法向量與X、Y、Z軸的夾角關(guān)系求解出第三項旋轉(zhuǎn)角誤差；

11）利用步驟9）所得到的兩項旋轉(zhuǎn)角誤差使后續(xù)三角形分別繞步驟9）中所述兩個軸逆向旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，所有后續(xù)三角形與初始三角形的夾角與理論值相同，并記錄旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度值分別為所有后續(xù)三角形數(shù)據(jù)采集時時的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度理論值，有多少后續(xù)三角形便旋轉(zhuǎn)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(jīng)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(xù)三角形對應(yīng)頂點的空間坐標值相減，所得到的三項誤差即為旋轉(zhuǎn)軸三項直線度誤差。

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(shè)為0，旋轉(zhuǎn)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；