[發明專利]一種正交滑臺精度補償方法

在審

• 申請號: 202310154925.0
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116339234A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 譚興聞;張偉瑋;尚振東
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404;B23Q15/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜

本發明公開了一種正交滑臺精度補償方法，結合正交滑臺運動過程中存在的環境及機械結構因素的影響，給出包含定位誤差和直線度誤差的初始補償模型；結合激光干涉儀測量誤差確定出定位誤差，通過最小二乘法方法得到直線度誤差，然后基于得到的初始誤差模型，通過多項式擬合處理得到最終補償模型；能夠有效降低正交滑臺四個線性軸的定位誤差(低至5μm以內)，滿足了滑臺作為精密測量儀器的需求。

技術領域

本發明屬于數控測量技術領域，涉及滑臺精度補償，尤其涉及一種正交滑臺精度補償技術。

背景技術

滑臺可應用于數控加工的各個方面，包括運送物料，工件裝配以及作為數控機床工作臺使用等，可以實現加工效率的提升以及人力成本的節省?；_的精度指標主要有幾何定位精度和加工精度，受滑臺機械機構、裝配精度、伺服系統性能及外界環境的影響?；_運動的定位精度將直接影響到加工精度或測量精度。滑臺的精密化不只是電子、醫療器械等工業領域的需求，同時也關系到航空航天的國防工業。因此，如何提高滑臺的運動精度成為了一個亟待解決的問題。

在滑臺運動的過程中，幾何誤差和熱誤差約占總運動誤差的70％，二者是滑臺運動誤差的主要組成部分。而通過空氣調節裝置使得環境溫度保持在20℃左右時，此時熱誤差對于滑臺運動的影響降至最低，幾何誤差的占比增大。因此，減小幾何誤差對保證滑臺的運動精度有著至關重要的影響。

目前，降低滑臺運動的幾何誤差主要有誤差防止和誤差補償兩種方法，誤差防止致力于主動控制誤差，通過提升滑臺導軌潤滑性能，優化導軌滑塊材料等方法提升滑臺整體的精度，但同時也大幅增加了制造難度和維護成本；誤差補償法是一種滯后的補償方式，首先測量出滑臺在運動過程中的幾何誤差，并通過合適的補償模型及補償算法將誤差值反饋到控制系統中，實現幾何誤差的修正。同時，對于某些不能直接測量的幾何誤差，采用了間接測量法并加以數值換算后反饋給滑臺控制系統，同樣實現了誤差的補償。

滑臺運動的幾何精度的測量方法的優化也得益于測量設備的迭代更新，目前，常用于滑臺或數控機床工作臺運動精度測量的儀器是激光干涉儀。激光干涉儀的優勢在于測量精度較高，檢測成本與操作難度相對平衡，以及優秀的便攜能力。但同時，使用激光干涉儀進行逐項幾何誤差測量時，光路準直過程較為繁瑣導致測量效率不高。

發明內容

本發明的目的旨在針對現有技術中的不足，提供一種正交滑臺精度補償方法，簡化誤差補償模型，并進入最小二乘法和多項式擬合，提升滑臺運動精度及測量效率，節約誤差采集時間。

本發明的發明思路為：針對某滑臺在運動過程中出現的定位誤差問題，考慮在運動過程中誤差產生的原因，通過分析補償模型，放棄一些對滑臺運動精度影響相對較小的誤差，對補償模型進行簡化，減少了滑臺在運動過程中產生的幾何誤差，提升了滑臺運動精度及測量機檢測效率，節約了誤差采集時間；與此同時，基于最小二乘法求解直線度誤差，并進一步對補償值進行多項式擬合，實現對正交滑臺精度補償。

對三軸立式運動滑臺而言，如圖1所示，其具有三個平動軸X，Y和Z軸，每個坐標軸在其運動空間上六個自由度產生誤差。以滑臺的X軸為例，滑臺在沿X方向運動時，會產生沿X方向的定位誤差δ_xx，沿Y方向的直線度誤差δ_yx，沿Z方向的直線度誤差δ_zx，繞X軸的滾轉誤差ε_xx，繞Z軸的偏擺誤差ε_zx，繞Y軸的俯仰誤差ε_yx。同理，Y軸六項幾何誤差為δ_xy,δ_yy,δ_zy,ε_xy,ε_yy,ε_zy，Z軸六項幾何誤差為δ_xz,δ_yz,δ_zz,ε_xz,ε_yz,ε_zz。