[發明專利]用于笛卡爾坐標系輪廓掃描測量的敏感誤差權重計算方法

有效

• 申請號: 202010639446.4
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111797482B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 彭小強;賴濤;戴一帆;陳善勇;翟德德
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;B23Q17/22
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種用于笛卡爾坐標系輪廓掃描測量的敏感誤差權重計算方法。所述方法包括：在笛卡爾坐標系下獲取機床的21項幾何誤差參數，將幾何誤差參數表示為歸一化幾何誤差函數。獲取待掃描測量工件的標稱輪廓坐標，將歸一化幾何誤差函數和標稱輪廓坐標輸入預先構建的線性度測量誤差模型和角度測量誤差模型，計算工件的測量點坐標，得到21項幾何誤差參數的敏感誤差權重值。幾何誤差參數的敏感誤差權重值為機床測量該工件時測量誤差幅值和對應的幾何誤差幅值的比值。上述方法可以準確地反映機床的各項幾何誤差參數對測量點坐標產生的影響，量化了各項幾何誤差參數對測量誤差的影響程度大小，為機床的誤差校正提供了計算基礎。

技術領域

本申請涉及機床設計制造和誤差測量補償技術領域，特別是涉及一種用于笛卡爾坐標系輪廓掃描測量的敏感誤差權重計算方法。

背景技術

受到機床拓撲結構和制造工藝的影響，每臺機床都有自身的典型的主要誤差源和過程特征。為了對機床主要誤差源進行快速的精確控制，獲得較高的補償效率，需要對機床誤差源進行可靠度較高的預測。

幾何誤差是影響機床精度的主要誤差源。三坐標測量機、三軸加工機床等設備中，普遍采用21項幾何誤差參數描述設備的基本幾何誤差，具體包括三項定位誤差、六項直線度誤差、九項角擺誤差(包括滾動角誤差、偏轉角誤差和俯仰角誤差)、以及三軸相互之間的三項垂直度誤差。在生產該類設備時，需要使用雙頻激光干涉儀、電子水平儀、直角尺、高精度電感測微儀等測量儀器檢測上述幾何誤差參數，以便進行誤差修正。此外，由于設備安裝和使用環境的影響，設備在使用過程中也需要進行類似檢測，以便進行誤差補償。

對于機床的定位誤差，研究人員通過靜態分析數控銑床的定位誤差特性，獲得定位誤差對機床的影響，在此基礎上使用軟件校正技術可使工件加工誤差降低40％；還提出了一種微工具定位誤差測量和自動補償方法及系統，將刀具的y方向定位誤差從-0.25mm降低到0.01mm，總加工誤差從-0.25mm降低到0.001mm。對于直線度，有學者研究了工作位置對垂直運動直線度的影響，指出直線度誤差模型和補償策略有助于提高機床的精度；還基于誤差分離技術，應用許多新方法來測量直線度。對于滾動角誤差(Roll)，由于其難以使用干涉儀直接測量，因此有學者提出了一種多步驟和多探針測量滾動誤差的方法，還有將高傾角儀應用于測量滾動誤差，通過復雜的光學系統測量滾動角，并且實現0.13弧秒且小于5μrad的測量分辨率。對于偏轉角誤差(Yaw)，應用諸如激光自動準直儀，激光干涉儀和多普勒標尺的測量儀器來測量偏航誤差。由于阿貝偏移，偏轉角誤差對機床有很大影響。對于俯仰角誤差(Pitch)，機床的精度直接取決于俯仰角誤差測量的精度。通過補償俯仰角誤差有效地提高加工精度，有學者獲得了俯仰角誤差對機床有影響模型。對于垂直度誤差，國防科技大學研究了利用光學磚測量垂直度一種基于誤差分離的新方法，并在校準后，垂直度從19.71″提高到3.2″。

除了對上述幾何誤差進行分類研究，為了實現微米級的測量精度或定位精度，通常需要將機床視為多體系統(MBS)，對各項幾何誤差進行綜合建模，在此基礎上實現對機床的幾何誤差識別和補償方法。但目前對機床垂直度誤差的研究較少，并且沒有研究工作討論各項幾何誤差對機床測量誤差的影響程度的問題。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠量化各項幾何誤差對機床測量誤差影響程度的一種用于笛卡爾坐標系輪廓掃描測量的敏感誤差權重計算方法。

一種用于笛卡爾坐標系輪廓掃描測量的敏感誤差權重計算方法，所述方法包括：

在笛卡爾坐標系下獲取機床的21項幾何誤差參數，將幾何誤差參數表示為歸一化幾何誤差函數。

獲取待掃描測量工件的標稱輪廓坐標，將歸一化幾何誤差函數和標稱輪廓坐標輸入預先構建的測量誤差模型，計算工件的測量點坐標。測量誤差模型包括線性度測量誤差模型和角度測量誤差模型。線性度測量誤差模型表示為：