[發明專利]基于坐標變換的導軌滑臺運動的幾何誤差辨識方法

有效

• 申請號: 201810568930.5
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108801187B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 劉紅奇;鐘學敏;常浩;李斌;毛新勇;彭芳瑜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊;曹葆青

本發明屬于數控機床幾何誤差研究領域，并公開了基于坐標變換的導軌滑臺運動的幾何誤差辨識方法，其通過使用三坐標測量機測量導軌滑臺在移動過程中的位置點，建立相對坐標系，然后基于齊次坐標變換的方法對移動過程中的幾何誤差進行求解，并得出滑塊移動過程中的幾何誤差，以此來計算出導軌滑塊的幾何運動誤差，以此實現測量精密導軌幾何運動誤差的目的，具有精確的優點和一定可行性，可用于小型導軌滑臺幾何運動誤差的分析研究。

技術領域

發明屬于數控機床幾何誤差研究領域，更具體地，涉及基于坐標變換的導軌滑臺運動的幾何誤差辨識方法。

背景技術

直線導軌運動過程中帶來的幾何誤差是影響零件加工和機床精度的重要組成部分。

導軌滑塊在運動時存在沿導軌方向的定位誤差，垂直于導軌方向的水平直線度誤差和垂直直線度誤差，俯仰角誤差，偏擺角與擺角誤差等六個自由度誤差。

目前測量幾何誤差的方法主要有傳統的幾何光學六自由度測量方法，基于激光干涉儀和準直儀的組合測量方法和基于激光跟蹤干涉儀的測量方法，這些方法有些精度不高，而且系統過于復雜，另外激光測量的方法，測量過程復雜，空間占用較大，不適用微小精密導軌，且儀器昂貴。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了基于坐標變換的導軌滑臺運動的幾何誤差辨識方法，其目的在于計算出滑塊在移動過程中的幾何誤差，由此解決導軌滑臺在運動過程中的幾何誤差的測量和獲取的難題。

為實現上述目的，按照本發明，提供了基于坐標變換的導軌滑臺運動的幾何誤差辨識方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)安裝鋼塊：將鋼塊固定安裝在導軌滑臺的滑塊的頂端面上，其中，所述鋼塊為長方體形狀；

(2)獲取測量數據：

將導軌滑臺固定在三坐標測量機上，將所述滑塊移動到導軌滑臺的一端并暫停，將滑塊停留的該位置作為第1個位置點；

然后再從第1個位置點出發，沿著同一方向分別移動滑塊并讓滑塊停留多個位置，令從第1個位置點出發后停留的每個位置分別為第k個位置點，其中，k＝2,3…N，N為位置點的總數；此外，在每個位置點均采用三坐標測量機對鋼塊上兩兩相鄰且兩兩垂直的共三個面進行測量，并且每個面至少測量三個點的數據，這三個面分別為面s₁、面s₂和面s₃；

(3)幾何誤差的辨識：

以三坐標測量機的機器坐標系為參考坐標系，在參考坐標系下，通過計算齊次坐標變換矩陣，獲得滑塊在不同位置點時，滑塊相對于所述機器坐標系進行坐標變換后的相對坐標系，再以滑塊在第1個位置點的相對坐標系作為基準坐標系，分別獲得其余位置點相對于所述基準坐標系進行坐標變換后的坐標變換矩陣。

優選地，步驟(3)具體辨識過程如下：

3.1)滑塊在第j個位置點時，根據三坐標測量機測得的面s_i上的點的數據，獲得面s_i的方程如下：a_ix+b_iy+c_iz+d_i＝0；

進而獲得面s_i的法向量為

其中，j＝1,2…N，a_i,b_i,c_i,d_i為面s_i的平面方程系數，i＝1,2,3；

3.2)根據步驟3.1)的三個面的方程，獲得這三個面的交點g(x_j0,y_j0,z_j0)；