專利名稱：數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的快速檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光精密測量技術(shù)，特別涉及一種應(yīng)用激光跟蹤儀快速檢測數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床的加工精度是衡量機(jī)床特性的重要指標(biāo)之一，如何提高數(shù)控機(jī)床的加工精度已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一?？焖?、準(zhǔn)確檢測出機(jī)床的各項(xiàng)誤差并進(jìn)行誤差補(bǔ)償已成為提高機(jī)床加工精度的重要途徑之一。目前，機(jī)床平動軸誤差檢測方法有很多；而轉(zhuǎn)臺誤差檢測方法相對較少，也是目前機(jī)床檢測的難點(diǎn)問題。采用自準(zhǔn)直儀和多面體只能對轉(zhuǎn)臺的定位誤差進(jìn)行評定，而對其他各項(xiàng)誤差無法測量。利用激光干涉儀和英國 Renishaw公司的RXlO回轉(zhuǎn)精度測量儀以及其他輔助測量工具，可對轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)誤差進(jìn)行測量，但檢測周期較長；利用球桿儀測量時，需要機(jī)床多軸聯(lián)動，并需要球桿儀在不同模式下進(jìn)行測量，測量過程較為復(fù)雜。綜上，由于轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動精度直接影響著多軸數(shù)控機(jī)床的整體加工精度，有必要提出一種能夠快速、準(zhǔn)確檢測出轉(zhuǎn)臺精度的新方法，為提高多軸數(shù)控機(jī)床加工精度奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前現(xiàn)有檢測方法不能夠滿足轉(zhuǎn)臺精度快速、高精度的檢測要求，本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用激光跟蹤儀快速精確檢測數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的方法。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的快速檢測方法，包括下述步驟第一步，測量將目標(biāo)靶鏡“貓眼”安裝在刀具附近，并把貓眼的中心位置定義為基站位置，通過控制刀具的運(yùn)動來改變基站的位置；激光跟蹤儀安裝在轉(zhuǎn)臺上，并跟隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動，并將激光跟蹤儀跟蹤轉(zhuǎn)鏡的中心定義為測量點(diǎn)；在每個基站位置測量時，控制轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)過一定角度，轉(zhuǎn)臺停止運(yùn)動，并記下當(dāng)前位置激光跟蹤儀的測距數(shù)據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過360°時，第一個基站位置測量結(jié)束，通過控制刀具的運(yùn)動，將貓眼移動到第二個基站位置，再次對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動進(jìn)行測量，直至在所有基站位置都完成了對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動的測量，上述測量過程稱為第一次測量；當(dāng)?shù)谝淮螠y量結(jié)束后，將激光跟蹤儀移動到轉(zhuǎn)臺上的另一個位置，并重復(fù)第一次測量過程；為了分離出轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)誤差，應(yīng)該對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動至少進(jìn)行三次測量，并且每次測量時，激光跟蹤儀在轉(zhuǎn)臺上的初始位置都是不同的；第二步，數(shù)據(jù)處理利用已知的多個基站位置，和測量得到的測量點(diǎn)到不同基站的距離，確定出轉(zhuǎn)臺運(yùn)動過程中各測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)；通過得到的各測量點(diǎn)處轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動誤差，建立不同次測量時，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過相同角度各測量點(diǎn)的運(yùn)動誤差方程，通過對方程求解從而辨識出對應(yīng)位置處轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)誤差。具體步驟為1)測量點(diǎn)空間坐標(biāo)標(biāo)定測量時，基站位置的變換是通過刀具的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，利用刀具運(yùn)動時的坐標(biāo)關(guān)
系，可直接確定出各基站在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)PjUpj, ypj，％j)，j = 1、2........為了確
定出轉(zhuǎn)臺運(yùn)動過程中各測量點(diǎn)的坐標(biāo)，基站數(shù)N > 3 ；同時，轉(zhuǎn)臺中心在機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)為0(px，py, pz)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺未轉(zhuǎn)動時，初始測量點(diǎn)坐標(biāo)為A。(x。，y0,、)，根據(jù)初始測量點(diǎn)到各基站的距離公式得到關(guān)于&、％、、的非線性方程組，將其線性化，通過最小二乘原理及極值原理推導(dǎo)，可得
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的快速檢測方法，其特征在于，包括下述步驟第一步，測量將目標(biāo)靶鏡“貓眼”安裝在刀具附近，并把貓眼的中心位置定義為基站位置，通過控制刀具的運(yùn)動來改變基站的位置；激光跟蹤儀安裝在轉(zhuǎn)臺上，并跟隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動，并將激光跟蹤儀跟蹤轉(zhuǎn)鏡的中心定義為測量點(diǎn)；在每個基站位置測量時，控制轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)過一定角度， 轉(zhuǎn)臺停止運(yùn)動，并記下當(dāng)前位置激光跟蹤儀的測距數(shù)據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過360°時，第一個基站位置測量結(jié)束，通過控制刀具的運(yùn)動，將貓眼移動到第二個基站位置，再次對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動進(jìn)行測量，直至在所有基站位置都完成了對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動的測量，上述測量過程稱為第一次測量；當(dāng)?shù)谝淮螠y量結(jié)束后，將激光跟蹤儀移動到轉(zhuǎn)臺上的另一個位置，并重復(fù)第一次測量過程；為了分離出轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)誤差，應(yīng)該對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動至少進(jìn)行三次測量，并且每次測量時，激光跟蹤儀在轉(zhuǎn)臺上的初始位置都是不同的；第二步，數(shù)據(jù)處理利用已知的多個基站位置，和測量得到的測量點(diǎn)到不同基站的距離，確定出轉(zhuǎn)臺運(yùn)動過程中各測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)；通過得到的各測量點(diǎn)處轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動誤差，建立不同次測量時， 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過相同角度各測量點(diǎn)的運(yùn)動誤差方程，通過對方程求解從而辨識出對應(yīng)位置處轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)誤差。具體步驟為1)測量點(diǎn)空間坐標(biāo)標(biāo)定測量時，基站位置的變換是通過刀具的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，利用刀具運(yùn)動時的坐標(biāo)關(guān)系，可直接確定出各基站在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)PjUpj,ypj^pj)，j = 1、2........為了確定出轉(zhuǎn)臺運(yùn)動過程中各測量點(diǎn)的坐標(biāo)，基站數(shù)N > 3 ；同時，轉(zhuǎn)臺中心在機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)為0(Px， Py, Pz)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺未轉(zhuǎn)動時，初始測量點(diǎn)坐標(biāo)為Atl ( ，y0,、)，根據(jù)初始測量點(diǎn)到各基站的距離公式得到關(guān)于X(1、y0> z0的非線性方程組，將其線性化，通過最小二乘原理及極值原理推導(dǎo)， 可得
2.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的快速檢測方法，其特征在于，所述的基站至少設(shè)置三個。
3.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的快速檢測方法，其特征在于，對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動進(jìn)行測量，控制轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)過一定角度設(shè)置一個測量點(diǎn)，測量過程中，測量點(diǎn)數(shù)> 20。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的快速檢測方法，測量時，將目標(biāo)靶鏡“貓眼”安裝在刀具附近，并把貓眼的中心位置定義為基站位置。激光跟蹤儀安裝在轉(zhuǎn)臺上，并跟隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動。該方法通過在不同基站位置對轉(zhuǎn)臺運(yùn)動進(jìn)行測量，利用測量得到的各測量點(diǎn)到不同基站的距離，確定出轉(zhuǎn)臺運(yùn)動過程中各測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。通過得到的各測量點(diǎn)處轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動誤差，建立轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過相同角度時各測量點(diǎn)的運(yùn)動誤差方程，通過對方程求解從而辨識出對應(yīng)位置處轉(zhuǎn)臺的各項(xiàng)誤差。該方法具有快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適合數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺運(yùn)動誤差的檢測。
文檔編號B23Q17/00GK102430959SQ201110304580
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者萬鵬, 李北戰(zhàn), 王金棟, 鄧玉芬, 郭俊杰 申請人:西安交通大學(xué)