[發明專利]數控機床平動軸幾何誤差的檢定裝置和方法

在審

• 申請號: 201811133765.7
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109318059A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 李杏華;楊曉喚;房豐洲;黃銀國;張震楠;黃武;張冬;高凌妤;魏煊;呂澤奎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23Q17/24
• 分類號: B23Q17/24;B23Q17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種數控機床平動軸幾何誤差的檢定裝置，其特征是，在機床Z軸運動部件上安裝有光學測頭，在與機床Z軸垂直的平臺上卡固組合面型基準件，在所述組合面型基準件上設有曲面陣列和平面陣列，位于所述組合面型基準件的上方；所述光學測頭包括激光器、孔徑光闌、反射鏡、分光棱鏡、成像透鏡、CCD相機以及數據處理模塊，所述激光器發出的準直光束經所述孔徑光闌縮成細直光束，細直光束經所述反射鏡后入射到所述分光棱鏡中，投射到曲面和平面陣列上任意一點的光的能量占總能量的1/2，該點反射的光束經所述分光棱鏡透射后，通過所述成像透鏡成像在所述CCD相機上；采用所述光學測頭和所述組合面型基準件測量機床的運動部件在X、Y兩個方向上的位移和繞X、Y兩個方向的轉角。所述光學測頭和組合面型基準件共同構成多參數檢測儀器。

2.一種數控機床平動軸幾何誤差的檢定方法，其特征是，在沿機床Z軸設置的運動部件上安裝光學測頭，在與Z軸垂直的平臺上卡固組合面型基準件，在所述組合面型基準件上設有曲面陣列和平面陣列，運動部件位于所述組合面型基準件的上方；所述光學測頭包括激光器、孔徑光闌、反射鏡、分光棱鏡、成像透鏡、CCD相機以及數據處理模塊，所述激光器發出的準直光束經所述孔徑光闌縮成細直光束，細直光束經所述反射鏡后入射到所述分光棱鏡中，1/2能量的反射光束投射到曲面陣列和平面陣列上的任意一點，該點反射的光束經所述分光棱鏡透射后，通過所述成像透鏡成像在所述CCD相機上；采用所述光學測頭和所述組合面型基準件測量運動部件在X、Y兩個方向上的位移和繞X、Y兩個方向的轉角，X、Z和Y、Z方向位移與轉角測量以此類推；機床共有3個運動體X、Y、Z，當A運動體運動時，將產生6項誤差：T_AX,T_AY,T_AZ,R_AX,R_AY,R_AZ，其中T表示線性度誤差，R表示角度誤差；下標的第一個字母表示運動體名稱，第二個字母表示受誤差影響的機床導軌的名稱，機床的實際Y、X導軌并非嚴格垂直，存在垂直度誤差SYX；實際的Z導軌與X、Y兩導軌也不嚴格垂直，存在兩個垂直度誤差SZX,SZY，故機床共有21項幾何誤差，采用所述光學測頭和所述組合面型基準件，每次測量得到兩項位移誤差和兩項角度誤差，通過組合面型基準件多次擺放，直接檢測角度誤差、垂直度誤差、綜合三維位移誤差；對數控機床平動軸建立幾何誤差模型，將前述已經測得的角度誤差，通過最小二乘法擬合得到角度誤差三次多項式，將角度誤差三次多項式、垂直度誤差、綜合三維位移誤差帶入幾何誤差模型中，解算得到定位誤差三次多項式、直線度誤差三次多項式，至此，機床幾何誤差模型的所有幾何誤差多項式擬合形式均已知，將機床工作空間中任意一點坐標值輸入幾何誤差模型進行解算得到相應的幾何誤差預測值，實現空間任一點機床幾何誤差的預測。