[發明專利]利用球鉸鏈構建的球桿儀來檢測機床空間誤差的方法

有效

• 申請號: 202010640652.7
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111922782B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 王文;吳海梅;孫濤;陳占鋒;盧科青;楊賀;時光
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.利用球鉸鏈構建的球桿儀來檢測機床空間誤差的方法，其特征在于：該方法具體如下：

步驟一、將定位球固定在精密球鉸鏈的球桿遠離球頭的那端，定位球和球桿組成帶球桿；然后將精密球鉸鏈的定位環固定在底座上，將底座固定在機床工作臺上，將定位球通過磁力吸附在機床主軸上；最后，微調機床主軸，使精密球鉸鏈的球頭球心與下球窩球心重合，此時Cx＝Cy＝Cz＝0；其中，C_X為球冠型電極G₁的電容C_G1和球冠型電極G₃的電容C_G3之間的差動電容，C_X＝C_G1-C_G3；C_y為球冠型電極G₂的電容C_G2和球冠型電極G₄的電容C_G4之間的差動電容，C_y＝C_G2-C_G4，C_Z為球帶型電極板D₁的電容C_D1和球帶型電極板D₂的電容C_D2之間的差動電容，C_Z＝C_D1-C_D2；

步驟二、根據各超聲波發射器的出射點與四個超聲波接收器接收點之間的距離r₁、r₂、r₃、r₄，并基于幾何原理解耦出球桿中心軸線與Z軸的夾角θ，以及球桿中心軸線在XOY平面的投影線與X軸的夾角φ，從而獲得球桿在空間的姿態；得到的夾角φ和θ計算公式如下：

其中，超聲波發射器出射點與球頭球心的距離為r；各超聲波接收器的接收點與下球窩球心的距離均為s；

步驟三、令機床做圓弧插補運動，每0.2°記錄一次球冠型電極G₁、G₂、G₃和G₄以及球帶型電極板D₁和D₂的電容值，計算得到差動電容C_X、C_y和C_Z的值；同時記錄超聲波發射器發出聲波與四個超聲波接收器接收聲波的時間差，得到各超聲波發射器的出射點與四個超聲波接收器接收點之間的距離r₁、r₂、r₃、r₄具體值，代入公式(1)和(2)，進而得到此時球桿的轉角φ和擺角θ；然后，針對機床做圓弧插補運動的每個位置，均依次進行如下步驟：

3.1根據球桿儀桿長L獲得不考慮機床主軸空間誤差時定位球的球心位置P點在笛卡爾坐標系O-XYZ下的坐標，其中，球桿儀桿長的定義為球頭與定位球的中心距：

其中，X_P為P點的X軸坐標，Y_P為P點的Y軸坐標，Z_P為P點的Z軸坐標；

3.2根據步驟三所得的差動電容值C_X、C_y和C_Z，計算得到球頭偏心量的X值δ_x、球頭偏心量的Y值δ_y和球頭偏心量的Z值δ_z；

3.3聯立公式(4)和(5)，求出定位球的球心所處實際位置P’點的X軸坐標X_P'、Y軸坐標Y_P'和Z軸坐標Z_P'；

由于機床誤差，定位球的球心所處實際位置P’點的坐標為：

其中，L’為定位球的球心實際位置P’點到坐標軸原點O的距離；

求出定位球的球心所處實際位置P’點的X軸坐標X_P'、Y軸坐標Y_P'和Z軸坐標Z_P'后，再求解出機床主軸的空間誤差偏移量ΔP(X_P'-X_P,Y_P'-Y_P,Z_P'-Z_P)，其中，X_P'-X_P為X軸方向的誤差偏移量，Y_P'-Y為Y軸方向的誤差偏移量，Z_P'-Z_P為Z軸方向的誤差偏移量；

另外，由于球桿為剛性桿，則球頭的球心o到P’點的距離為：

步驟四、根據機床做圓弧插補運動每個位置的X_P、Y_P、Z_P、X_P'、Y_P'和Z_P'數據，確定機床做圓弧插補運動時不考慮機床主軸空間誤差的每個理論位置和考慮機床主軸空間誤差的每個實際位置，得到機床主軸的理論軌跡和實際軌跡，以及機床主軸的空間誤差偏移量。

2.根據權利要求1所述利用球鉸鏈構建的球桿儀來檢測機床空間誤差的方法，其特征在于：所述的精密球鉸鏈采用公開號為CN 208860317 U的專利權利要求3中記載的同時檢測球頭偏心量與球桿空間姿態的精密球鉸鏈。