專利名稱：五軸工具機械的幾何誤差評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與工具機械有關(guān)，特別是關(guān)于一種可以測量并計算五軸工具機械幾何誤差的評估方法，具有構(gòu)建簡便與高精確度的優(yōu)點。
背景技術(shù)：
工具機械的誤差來源主要區(qū)分為結(jié)構(gòu)誤差(Structurally-1nduced Errors)、驅(qū)動誤差(Driven-1nduced Errors)與靜態(tài)誤差(Quas1-static Errors),其中靜態(tài)誤差約占工具機械誤差量的70%，而靜態(tài)誤差的主要來源則為幾何誤差(Geometric Eirors)，換句話說，精準(zhǔn)測量工具機械的幾何誤差是改善工具機械加工精度的關(guān)鍵性步驟。由于五軸工具機械本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分幾何誤差項的準(zhǔn)確測量非常困難，因此，五軸工具機械的測量標(biāo)準(zhǔn)程序，如IS0/10791-6，是先利用量具，例如R-Test量具，進行總成幾何誤差的測量之后，再概略估算轉(zhuǎn)動軸的部分幾何誤差項，整體過程耗時，且其估算結(jié)果不夠精確，不利于五軸工具機械后續(xù)的誤差補償與精度提升，有必要進一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述缺陷，本發(fā)明的主要目的在于提供一種五軸工具機械的幾何誤差評估方法，從而可以快速而精確的完成幾何誤差項的評估計算。本發(fā)明所提供一種五軸工具機械的幾何誤差評估方法，可應(yīng)用于一五軸加工機，其步驟包括有:(a)利用具有探頭與標(biāo)準(zhǔn)球的R-test量具，該探頭裝設(shè)于該五軸加工機的主軸，該標(biāo)準(zhǔn)球裝設(shè)于該五軸加工機的機臺，且以該標(biāo)準(zhǔn)球的球心作為參考坐標(biāo)系的原點；(b)根據(jù)一五軸同動路徑作為測量路徑，應(yīng)用該R-test量具測量該五軸工具機械的總成誤差；(C)將前步驟所測量得到的總成誤差與該五軸工具機械已知的機構(gòu)參數(shù)代入一幾何誤差模型，利用最小平方法求解而得到該幾何誤差模型所列11項幾何誤差項的值。因此，本發(fā)明利用R-test量具以K4五軸同動路徑快速而準(zhǔn)確測量三維空間總成誤差，并應(yīng)用僅包括11項幾何誤差項的簡易幾何誤差模型，配合最小平方法即可準(zhǔn)確的估算11項幾何誤差項，可供作五軸工具機械進行后續(xù)精度的改善作業(yè)。此外，本發(fā)明所應(yīng)用的五軸同動路徑以ISO/⑶10791-6所規(guī)范的K4路徑為佳。


圖1為本發(fā)明X線性運動軸幾何誤差的模型定義示意圖。圖2本發(fā)明C轉(zhuǎn)動運動軸幾何誤差的模型定義示意圖。圖3為本發(fā)明將R-test量具架設(shè)于五軸工具機械所構(gòu)成的坐標(biāo)系示意圖。圖4為本發(fā)明利用R-test量具所測量到幾何誤差的示意圖。圖5為本發(fā)明一優(yōu)選實施例利用K4路徑進行測量與經(jīng)過計算后的誤差值比較圖。
主要元件符號說明Xr, Yr, Zr:R參考坐標(biāo)系的軸向；Xx、Yx, Zx:X軸的機構(gòu)參數(shù)；Xy、Yy、Zy:Y軸的機構(gòu)參數(shù)；Xz、Yz、Zz:Z軸的機構(gòu)參數(shù)；Zc:C軸的機構(gòu)參數(shù)；Xa、Ya、Za:A軸的機構(gòu)參數(shù)；Xw、Yw、Zw:標(biāo)準(zhǔn)球中心在C軸坐標(biāo)系的坐標(biāo)值；EXX、EYX、EZX、EAX、EBX、ECX:X 軸的元件誤差量；EXY、EYY、EZY、EAY、EBY、ECY:Y 軸的元件誤差量；EXZ、EYZ、EZZ、EAZ、EBZ、ECZ:Z 軸的元件誤差量；EXC、EYC、EZC、EAC、EBC、ECC:C 軸的元件誤差量；EXA、EYA、EZA、EAA、EBA、ECA:A 軸的元件誤差量；Xm:X軸相對于其原點的位移量；Ym:Y軸相對于其原點的位移量；Zm:Z軸相對于其原點的位移量；Xx、Yx、Zx:X軸的機構(gòu)參數(shù)；Xy、Yy、Zy:Y軸的機構(gòu)參數(shù)；Xz、Yz、Zz:Z軸的機構(gòu)參數(shù)；Cm:C軸的定位角度；Am:A軸的定位角度；XOC、YOC:C軸在X、Y方向的安裝偏移量；YOA、ZOA:A軸在Y、Z方向的安裝偏移量；AOZ、BOZ:Z軸相對X與Y軸的垂直度位置誤差；AOC、BOC:C軸相對X、Y軸的垂直度位置誤差；BOA、COA:A軸相對Y、Z軸的垂直度位置誤差；COX:X軸相對C軸的垂直位置誤差；COA、BOC:A軸相對X軸參考坐標(biāo)系中Y、Z軸的垂直度位置誤差；Xh、Zh:主軸相對于Z軸的原始位移量；Zp:探頭于主軸坐標(biāo)系Z軸方向的偏移 量；XOff, YOff, ZOff:標(biāo)準(zhǔn)球在C軸坐標(biāo)系X、Y與Z軸方向的位置偏移誤差；AXp, AYp, AZp:X、Y、Z 方向的總成誤差；Pejr:工具端坐標(biāo)系相對對象端坐標(biāo)系在參考坐標(biāo)系的位置誤差。
具體實施例方式以下將通過所列舉的實施例配合隨附的附圖，詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及特征，其中:圖1為本發(fā)明X線性運動軸幾何誤差的模型定義示意圖；圖2為本發(fā)明C轉(zhuǎn)動運動軸幾何誤差的模型定義示意圖3為本發(fā)明將R-test量具架設(shè)于五軸工具機械所構(gòu)成的坐標(biāo)系示意圖；圖4為本發(fā)明利用R-test量具測量所得總成誤差的示意圖；圖5為本發(fā)明一優(yōu)選實施例利用K4路徑進行測量與經(jīng)過計算后的誤差值比較圖。請參閱圖1，工具機械的幾何誤差可以將單一線性運動軸定義出六個元件誤差項(Component Errors),包括三個線性誤差項(Translational Error)與三個轉(zhuǎn)動誤差項，每兩個相交的線性軸則有垂直度的位置誤差(Location Errors),以工具機械的X線性運動軸為例，X坐標(biāo)系相對R參考坐標(biāo)系的幾何誤差模型可以用4X4齊性轉(zhuǎn)換矩陣(Homogeneous Transformation Matrix, HTM)表不如下:
權(quán)利要求
1.一種五軸工具機械的幾何誤差評估方法，其特征在于，可應(yīng)用于一五軸加工機，其步驟包括有: a、利用一具有一探頭與一標(biāo)準(zhǔn)球的R-test量具，該探頭裝設(shè)于該五軸加工機的一主軸，該標(biāo)準(zhǔn)球裝設(shè)于該五軸加工機的一機臺，且以該標(biāo)準(zhǔn)球的一球心作為一參考坐標(biāo)系的原點； b、根據(jù)一五軸同動路徑作為測量路徑，應(yīng)用該R-test量具測量該五軸工具機械的總成誤差； C、將前步驟所測量得到的總成誤差，以及該五軸工具機械已知的機構(gòu)參數(shù)代入一幾何誤差模型，利用最小平方法求解而得到該幾何誤差模型所列11項幾何誤差項的值，其中，該幾何誤差模型如下表:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸工具機械的幾何誤差評估方法，其特征在于，步驟b中該五軸同動路徑為ISO/⑶10791-6所規(guī)范的K4路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸工具機械的幾何誤差評估方法，其特征在于，步驟d的最小平方法包括計算總成誤差，即各誤差項乘以其誤差放大因子的總和而得到測量向量，并設(shè)定一特定位置以計算各誤差貢獻函數(shù)，之后代入計算誤差貢獻矩陣而求解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸工具機械的幾何誤差評估方法，其特征在于，該五軸工具機械具有三個線性軸 與二個轉(zhuǎn)動軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五軸工具機械的幾何誤差評估方法，可應(yīng)用于一五軸加工機。該評估方法的步驟包括利用具有探頭與標(biāo)準(zhǔn)球的R-test量具裝設(shè)于該五軸加工機，且以該標(biāo)準(zhǔn)球的球心作為參考坐標(biāo)系的原點，之后根據(jù)一五軸同動路徑作為測量路徑而測量該五軸工具機械的總成誤差，將所測量得到的總成誤差與該五軸工具機械已知的機構(gòu)參數(shù)代入一幾何誤差模型，利用最小平方法求解而得到該五軸工具機械其中11項幾何誤差項的值，具有快速而準(zhǔn)確的優(yōu)點。
文檔編號G01B21/02GK103206932SQ201210007069
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者徐永源, 方天青, 吳仲偉, 張平升 申請人:財團法人精密機械研究發(fā)展中心