[發明專利]一種球桿儀安裝誤差矢量的修正方法

在審

• 申請號: 201610060135.6
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105512444A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 楊建國;拓占宇;姚曉棟;杜正春
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

技術領域

本發明屬于精密測量領域，尤其是涉及一種球桿儀安裝誤差矢量的修正方法。

背景技術

隨著制造業的不斷發展，人們對制造精度的要求也越來越高，數控機床的加 工精度也愈發關鍵。要提高數控機床的加工精度，前提是能準確地檢測其加工誤差， 從而對誤差進行補償。球桿儀作為一種機床綜合性能檢測儀器，通過圓測試可檢測 機床的誤差。鑒于其操作簡潔、測量周期短等優點，在機床精度的快速檢測中使用 非常廣泛。由于球桿儀在安裝過程中不可避免地存在安裝誤差，使最終的測量結果 不能準確地反映真實的機床誤差，特別地，球桿儀安裝誤差會嚴重影響垂直度誤差， 比例誤差和伺服不匹配誤差的辨識，這在很大程度上制約了球桿儀在誤差測量上的 使用范圍。所以，研究球桿儀安裝誤差對測試數據的影響機理，并提出一種可靠的 辨識和分離方法是非常必要和迫切的。

目前，國外一些學者對球桿儀的安裝誤差展開了相關的研究工作，如 Lee.Kwang-I1等在論文“Measurementandverificationofposition-independent geometricerrorsofafive-axismachinetoolusingadoubleball-bar”中針對球桿儀安裝 誤差，提出了一種對球桿儀結構的改進方法，然而由于硬件改造可能會引入新的制 造和裝配誤差，且成本較高，因此可推廣性不高。此外，S.H.H.Zargarbashi等在論 文“Amodelbasedmethodforcenteringdoubleballbartestresultspreventing fictitiousovalizationeffects”中推導了球桿儀安裝誤差與測量“半徑”值及實際“半 徑”值等的數學關系，并提出了一種“迭代最小二乘擬合”的方法來辨識安裝誤差。 由于所推出的數學關系本質是一個不定方程組，所提方法以實際半徑值等于測量半 徑值為初始迭代條件，以安裝誤差幅值的增量不超過設定極限值為迭代條件，進而 計算出安裝誤差的近似值。然而，這種求解方法，由于限定條件中沒有考慮安裝誤 差的方向，導致迭代過程中安裝誤差矢量的方向角不具備收斂性，因此安裝誤差誤 差的分離效果并不理想。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種球桿儀安裝 誤差矢量的修正方法，對球桿儀的安裝誤差能夠實現的有效分離，可明顯提高球桿 儀測量結果的準確性，對球桿儀的高精度推廣應用具有十分重要的理論意義和實際 參考價值。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種球桿儀安裝誤差矢量的修正方法，其特征在于，該方法基于安裝誤差辨識 算法和測量數據修正算法，包括：將得到的球桿儀原始測量數據繪制于直角坐標系 中，利用設定形式的正弦函數進行擬合，得到的正弦函數的相位和振幅數值，根據 誤差辨識算法求得球桿儀安裝誤差的大小和方向，根據測量數據修正算法校正求得 分離安裝誤差后的測量數據。

該方法具體包括以下步驟：

1)獲取球桿儀原始測量數據：包括測量半徑ρ_i、采樣數量N和測量轉角范圍 Ф，通過原始數據計算第i個測量點所對應的轉角θ_i；

2)建立以θ_i為自變量，ρ_i為因變量的直角坐標圖形；

3)通過濾波器濾除測量數據ρ_i－θ_i曲線中頻率大于等于1/π的成分，同時要 保留頻率1/2π的成份；

4)利用形式為ρ＝R₀+Asin(θ+C)的正弦函數對濾波后所得ρ_i－θ_i曲線圖形進行 擬合，得到擬合值A和C，其中，A為擬合正弦函數的振幅，C為擬合正弦函數的 相位；

5)將所得的數據A和C代入安裝誤差辨識算法中，求解安裝誤差矢量的大小 和方向角；

6)將所得的安裝誤差數據代入測量數據修正算法中，求解去除安裝誤差后的 測量數據。

所述的轉角θ_i計算如下：