大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法技术

大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法，涉及工作加工二维平面误差。将机构整体联动区域划分成多个局部区域，每相邻局部区域间拥有重叠部分，选取球杆仪杆长，在各局部区域进行联动误差检测，得到多个基于各局部区域中心的局部联动误差信息量；将基于各局部区域中心的局部联动误差信息进行误差分离，得到两联动直线轴在各检测区域的局部运动误差，继而得到球杆仪端部在各运动位置的实际坐标；根据相邻检测区域在重叠部分具有相同的分离误差信息，拼接出基于各个局部的整体联动轨迹；设定整体检测区域中心为公共基点，计算整体联动轨迹上各点到该基点的径向误差，基于最小二乘算法，分离出各直线运动轴整体运动误差，用于机构联动误差补偿。

【技术实现步骤摘要】
大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法
本专利技术涉及工作加工二维平面误差，尤其是涉及一种大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法。
技术介绍
由于制造和装配误差的存在，机构自身不可避免存在一定误差。而机构自身的精度尤其是几何误差往往极大地影响着工件的加工与检测。近10年来，随着制造业的快速发展，零件的尺寸越来越大，结构越来越复杂，几何精度不断提高，因此对零件加工与检测机构的精度要求也越来越高。正确的误差识别及误差补偿，是提高机构加工或检测精度的有效途径。一般常用误差识别方法有两种：直接检测法和间接测量法，其代表性设备分别为激光干涉仪和球杆仪。相比于使用激光干涉仪进行检测，球杆仪具有设备成本低廉、操作简单、测量效率高等优点，但同时，其检测范围受到球杆半径限制。许多学者对球杆仪在机床误差识别与补偿中的应用进行了深入的研究。W.T.Lei等(S.Ibaraki,W.Knapp.Indirectmeasurementofvolumetricaccuracyforthree-axisandfive-axismachinetools:Areview,J.Int.J.ofAutomationTechnology,2012,6(22):110-124)利用球杆仪对五轴机床的直线轴和旋转轴的所有可能运动组合进行了研究，从而确定线性轴和旋转轴之间的动态差异。MasaomiTsutsumi等(W.T.Lei,I.M.Paung,Chen-ChiYu.Totalballbardynamictestsforfive-axisCNCmachinetools,J.InternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2009,49:488-499)通过球杆仪的两种不同方式对带有可倾回转工作台的5轴加工中心进行几何偏差的标定，并通过切削圆锥台的方法验证标定方法的有效性。Zhang,Y等(MasaomiTsutsumi,ShintaroToneetc.Enhancementofgeometricaccuracyoffive-axismachiningcentersbasedonidentificationandcompensationofgeometricdeviations,J.InternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2013,68:11-20)利用球杆仪对五轴数控机床旋转台进行几何误差，通过不同平面的两种球杆仪路径分解出线性和转角误差，并证实该方法能有效识别转台造成的几何误差。Chen,JX等(Y.Y.Zhang,J.G,K.Zhang.Geometricerrormeasurementandcompensationfortherotarytableoffive-axismachinetoolwithdoubleballbar,J.InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2013,65(1-4):275-281)采用球杆仪检测旋转平台的几何误差，提出了2步误差识别方法，同时提出一种矫正球杆仪安装位置误差的方法，并进行实验验证。但是，目前的研究主要集中在带旋转平台的五轴数控机床领域，对大行程联动机构二维平面圆度误差的研究较少。虽然现有的研究对大行程联动机构二维平面圆度误差的识别与补偿有一定的借鉴和指导意义，但是大行程联动机构毕竟与数控机床的旋转平台不同。因此，研究一种基于球杆仪循环测试的拼接算法以实现大行程联动机构二维平面圆度误差的识别与补偿具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对使用球杆仪对大行程联动机构进行误差标定时测量范围受杆长限制问题，提供一种高精度、低成本的大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法。本专利技术包括以下步骤：1)根据联动机构的行程，选取合适的球杆仪杆长，并进行区域划分，将机构整体联动区域划分成个n局部区域，n≥2，每相邻局部区域间拥有重叠部分；2)移动球杆仪磁性底座至机构XOY平面内各局部区域中心位置O1(x01,y01)，O2(x02,y02)，…，On(x0n,y0n)，利用球杆仪，分别在各局部区域进行循环测试，得到多个基于各局部圆心的局部联动误差信息ΔR1,i,ΔR2,j,…；3)通过最小二乘法对基于球杆仪循环测试的联动信息进行误差分离，得到各局部区域上各运动位置相对于各自圆心的局部运动误差信息(Δx1,i,Δy1,i),(Δx2,j,Δy2,j),…，进而得到各局部区域中球杆仪端部在各运动位置的实际坐标P′1(x′1,i,y′1,i),P′2(x′2,j,y′2,j),…；4)根据相邻局部区域在重叠部分具有相同的分离误差信息，对所有局部区域带有联动误差信息的联动轨迹进行叠加，首先，求解相邻局部区域间的交点，其次以交点为界，依次获取相邻联动区域的并集，最终拼接出基于各个局部的整体联动轨迹；5)设定整体联动区域中心为公共基点O(x0,y0)，将拼接所得整体联动轨迹上基于局部圆心的联动误差信息，通过相应变换，转化成整体联动轨迹上各点P到基点O的径向误差ΔL，此误差即为联动机构整体联动误差信息；6)基于最小二乘算法，对大行程联动机构整体联动误差进行误差分离，即获得各直线运动轴整体运动误差信息，进一步利用该误差数据对联动机构进行联动误差补偿，即可实现大行程联动机构二维平面圆度误差的标定。本专利技术基于球杆仪循环测试的局部联动误差信息技术，通过拼接算法与误差分离计算，获取各联动轴整体运动误差信息，最终实现大行程联动机构联动误差便捷补偿。该方法能实现对大行程联动机构二维平面圆度误差的高效标定，同时该方法具有低成本的特点。本专利技术利用球杆仪对大行程联动机构XOY平面上多个区域的联动误差进行检测，得到基于各局部区域中心的运动误差信息，根据相邻局部检测区域的重叠部分分离误差信息一致的原则，通过拼接算法，得到机构整体联动轨迹。设定机构整体联动中心点为共同基点O，将拼接所得整体联动轨迹上基于各自圆心的联动误差信息，转化成整体联动轨迹上各点P到基点O的径向误差ΔL，以获得机构整体联动误差信息。最后基于最小二乘对整体联动误差信息进行误差分离，得到各直线运动轴整体运动误差信息，最终实现机构联动误差补偿。附图说明图1为本专利技术实施例的球杆仪分区域检测拼接原理图2为本专利技术实施例的球杆仪局部检测结果图3为本专利技术实施例的球杆仪局部检测误差分布图图4为本专利技术实施例的误差标定后球杆仪三次检测结果图5为本专利技术实施例的误差标定后球杆仪三次检测误差分布具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。对大行程联动机构500mm×500mm范围进行二维平面联动误差标定，其中X轴行程为100～600mm，Y轴行程为-600～-100mm。球杆仪在XOY平面检测时，一端与工作台上的磁性球座相接触，而另一端与机床主轴上的磁性球座相接触。根据机构整体联动区域为500mm×500mm，选定球杆仪杆长为150mm，如图1所示，将整体区域划分成4个局部区域，各局部检测区域中心位置O1(x01,y01),O2(x02,y02),O3(x03,y03),O4(x04,y04)分别为(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据联动机构的行程，选取合适的球杆仪杆长，并进行区域划分，将机构整体联动区域划分成个n局部区域，n≥2，每相邻局部区域间拥有重叠部分；2)移动球杆仪磁性底座至机构XOY平面内各局部区域中心位置O1(x01,y01)，O2(x02,y02)，…，On(x0n,y0n)，利用球杆仪，分别在各局部区域进行循环测试，得到多个基于各局部圆心的局部联动误差信息ΔR1,i,ΔR2,j,…；3)通过最小二乘法对基于球杆仪循环测试的联动信息进行误差分离，得到各局部区域上各运动位置相对于各自圆心的局部运动误差信息(Δx1,i,Δy1,i),(Δx2,j,Δy2,j),…，进而得到各局部区域中球杆仪端部在各运动位置的实际坐标P′1(x′1,i,y′1,i),P′2(x′2,j,y′2,j),…；4)根据相邻局部区域在重叠部分具有相同的分离误差信息，对所有局部区域带有联动误差信息的联动轨迹进行叠加，首先，求解相邻局部区域间的交点，其次以交点为界，依次获取相邻联动区域的并集，最终拼接出基于各个局部的整体联动轨迹；5)设定整体联动区域中心为公共基点O(x0,y0)，将拼接所得整体联动轨迹上基于局部圆心的联动误差信息，通过相应变换，转化成整体联动轨迹上各点P到基点O的径向误差ΔL，此误差即为联动机构整体联动误差信息；6)基于最小二乘算法，对大行程联动机构整体联动误差进行误差分离，即获得各直线运动轴整体运动误差信息，进一步利用该误差数据对联动机构进行联动误差补偿，即可实现大行程联动机构二维平面圆度误差的标定。...

【技术特征摘要】
1.大行程联动机构二维平面圆度误差标定方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据联动机构的行程，选取合适的球杆仪杆长，并进行区域划分，将机构整体联动区域划分成n个局部区域，n≥2，每相邻局部区域间拥有重叠部分；2)移动球杆仪磁性底座至机构XOY平面内各局部区域中心位置O1(x01,y01)，O2(x02,y02)，…，On(x0n,y0n)，利用球杆仪，分别在各局部区域进行循环测试，得到多个基于各局部圆心的局部联动误差信息ΔR1,i,ΔR2,j,…；3)通过最小二乘法对基于球杆仪循环测试的联动信息进行误差分离，得到各局部区域上各运动位置相对于各自圆心的局部运动误差信息(Δx1,i,Δy1,i),(Δx2,j,Δy2,j),…，进而得到各局部区域中球杆仪端部在各运动位置的实际坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，张艳婷，郭隐彪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35