[發(fā)明專利]一種五軸混聯(lián)機(jī)床主軸頭標(biāo)定方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011288644.7
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN112487615B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立平;于廣;李夢宇
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/17;B23Q1/70;G06F17/16;G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 董永輝;曹素云

1.一種混聯(lián)機(jī)床主軸頭標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立五軸混聯(lián)機(jī)床主軸頭的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和幾何誤差模型，形成帶誤差項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

2)根據(jù)刀具長度，建立刀具中心點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解方程，通過差分替代微分的方法獲得刀具中心點(diǎn)的位置誤差在對應(yīng)主軸頭輸入向量下的誤差辨識(shí)矩陣；

3)通過RTCP功能驅(qū)動(dòng)五軸混聯(lián)機(jī)床，使刀具中心點(diǎn)理論位置不變時(shí)，主軸頭運(yùn)動(dòng)到不同的姿態(tài)，測量各個(gè)姿態(tài)下對應(yīng)的刀具中心點(diǎn)位置誤差以及對應(yīng)的主軸頭輸入向量；

4)將測得的主軸頭輸入向量代入誤差辨識(shí)矩陣，結(jié)合測得的刀具中心點(diǎn)位置誤差，辨識(shí)出五軸混聯(lián)機(jī)床主軸頭的幾何誤差參數(shù)；

5)將辨識(shí)得到的所述幾何誤差參數(shù)代入到所述帶誤差項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，完成運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定，

其中，所述根據(jù)刀具長度，建立刀具中心點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解方程包括：

根據(jù)刀具的長度，通過刀具中心點(diǎn)的位置來反映所述五軸混聯(lián)機(jī)床主軸頭的位置和姿態(tài)，如下式所示：

p＝H+R_TT·[0 0 l_d]^T

其中，p表示刀具中心點(diǎn)的位置向量，H表示主軸頭動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)的位置向量，R_TT表示主軸動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)矩陣,l_d表示刀具的長度；

其中，所述通過差分替代微分的方法獲得刀具中心點(diǎn)的位置誤差在對應(yīng)主軸頭輸入向量下的誤差辨識(shí)矩陣包括：

dp＝Jdr

其中，dp表示刀具中心點(diǎn)的位置誤差列矢量，q表示主軸頭的主軸頭輸入向量，dr表示主軸頭幾何誤差參數(shù)列矢量，J為刀具中心點(diǎn)位置誤差的誤差辨識(shí)矩陣，J＝[J₁ J₂…J₃₃]，J_i表示刀具中心點(diǎn)位置誤差的誤差辨識(shí)矩陣的第i列矢量，r表示主軸頭的幾何參數(shù)矢量，r_i為第i個(gè)元素取較小值，剩下元素都為0的誤差參數(shù)差分矢量；

所述將測得的主軸頭輸入向量代入誤差辨識(shí)矩陣，結(jié)合測得的刀具中心點(diǎn)位置誤差，辨識(shí)出五軸混聯(lián)機(jī)床主軸頭的幾何誤差參數(shù)，包括：

1)根據(jù)刀具中心點(diǎn)位置誤差以及對應(yīng)的主軸頭輸入向量得到堆疊后的位置誤差矩陣dp_*3n×1和誤差辨識(shí)矩陣J_*3n×33：

其中，dX_n、dY_n和dZ_n表示在第n個(gè)測量姿態(tài)處測得的刀具中心點(diǎn)在X、Y、Z方向的位置偏差，q_n表示在第n個(gè)測量姿態(tài)處的主軸頭輸入向量，r為幾何參數(shù)，J_n表示在第n個(gè)測量姿態(tài)處的誤差辨識(shí)矩陣；

X₀、Y₀、Z₀表示在姿態(tài)零點(diǎn)時(shí)控制系統(tǒng)中X、Y、Z值；

X_n、Y_n和Z_n表示在第n個(gè)測量姿態(tài)處控制系統(tǒng)中X、Y、Z值；

2)構(gòu)建誤差辨識(shí)方程：

dp_*3n×1＝J_*3n×33dr_33×1 (7)；

3)使用嶺估計(jì)算法進(jìn)行迭代求解辨識(shí)得到并聯(lián)主軸頭的幾何誤差參數(shù)dr_33×1，

dr_33×1＝(J_*3n×33^TJ_*3n×33+λI)^-1J_*3n×33^Tdp_*3n×1 (8)

其中，λ是嶺估計(jì)參數(shù)；

I是33階單位矩陣。