[發明專利]基于激光追蹤儀多站位測量系統的大型精密轉臺標定方法

有效

• 申請號: 201910161462.4
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109884659B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 陳洪芳;姜博;石照耀;張爽;湯亮;宋輝旭
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01S17/66
• 分類號: G01S17/66;G01S7/481;G01S7/497
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了基于激光追蹤儀多站位測量系統的大型精密轉臺標定方法，搭建激光追蹤儀多站位測量系統。基于Levenberg?Marquardt算法的激光追蹤儀站位自標定。參數μ_i選擇。激光追蹤儀站位坐標優化。轉臺轉動軸圓心擬合。大型精密轉臺的定位精度標定。本發明利用Levenberg?Marquardt算法及協方差矩陣的奇異值分解變換方法優化激光追蹤儀站位坐標。通過建立優化后的激光追蹤儀站位坐標與轉臺轉動角度之間的幾何關系模型標定轉臺的定位精度。所提出的基于激光追蹤儀多站位測量系統的標定轉臺定位精度的方法適用于轉臺與三軸機床不聯動的情況，特別適用于大型高精密轉臺。同時此方法能夠為多軸機床的標定提供理論基礎。

技術領域

本發明涉及一種大型精密轉臺標定方法，特別是基于激光追蹤儀多站位測量系統的大型精密轉臺標定方法。屬于精密測試技術領域。

背景技術

多軸機床能夠實現復雜零件的高精度、高效率、高可靠性、高智能化的加工，是現代機械制造中關鍵的設備。隨著制造業的不斷發展，零件加工的復雜化，諸多零件的加工都要通過轉臺的分度精度來滿足零件不同角度的位置精度要求，轉臺的分度精度直接影響零件的加工精度。對于特定應用場合，轉臺與機床分離不聯動，轉臺水平安裝于機床的工作臺上，通過與三坐標X、Y、Z軸的聯合驅動，使零件在360°范圍內分度旋轉或分度定位，實現復雜零件的加工。標定轉臺的定位精度將有效提高多軸機床的加工性能。

轉臺的旋轉軸的主要誤差來源之一為誤差運動，角定位精度對旋轉軸會產生較大影響。為了保證轉臺定位精度的準確性，需要對轉臺定位精度進行標定。目前的轉臺標定方法有光電自準直儀和多面棱鏡法，激光干涉轉角測量法，經緯儀標定法以及激光跟蹤儀標定法。其中，涉及激光干涉儀、光電自準直儀等高精度光學儀器，需要搭建光路，耗時較長，無法滿足快速高效的標定要求；將多面棱鏡等光學元件安裝在主軸上實現轉臺標定的方法，不適用于大型轉臺，因為多面棱鏡安裝十分困難，難以保證安裝精度；對于激光跟蹤儀標定轉臺的方法，由于激光跟蹤儀跟蹤角度范圍小，不能實現全圓周測量；對于電子經緯儀標定法，可以克服偏心轉臺回轉中心確定困難以及自準直儀視場小等缺點，但是觀測點難以選擇，且標定精度不高。

為此有必要發明一種基于激光追蹤儀多站位測量系統的大型精密轉臺標定方法，利用激光追蹤儀提供高精度的相對干涉測長距離的特點，建立激光追蹤儀站位坐標信息與轉臺轉動角度之間的映射關系，實現轉臺定位精度的標定。

發明內容

本發明的目的在于提出了大型精密轉臺標定方法，目的是提供一種基于激光追蹤儀多站位測量系統的大型精密轉臺標定方法，在轉臺與三軸機床不聯動的情況下，標定大型高精密轉臺的定位精度，同時能夠為多軸機床的標定提供理論基礎。本方法具有全面合理以及準確等特點。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種基于激光追蹤儀多站位測量系統的大型精密轉臺標定方法，包括以下步驟：

步驟一：搭建激光追蹤儀多站位測量系統。本系統搭建需要一臺三坐標測量機CMM、轉臺以及一臺激光追蹤儀。激光追蹤儀的貓眼反射鏡固定在三坐標測量機的測頭上，并作為待測點。貓眼反射鏡與三坐標測量機的測頭運動軌跡相同。當三坐標測量機控制測頭在測量空間范圍內移動時，貓眼反射鏡也同時跟隨多軸機床的測頭移動。激光追蹤儀發出的激光束入射到貓眼反射鏡上，并反射回激光追蹤儀的跟蹤頭。激光追蹤儀接收到貓眼反射鏡的反射光束后，實現貓眼反射鏡即待測點與激光追蹤儀之間相對位移的測量。