用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法，步骤包括通过被测量正交导轨平台的X轴滑轨的X轴滑块上放置光学方砖并依次按照指定角度翻转光学方砖使得光学方砖的每一个柱面分别支承在X轴滑块上，检测光学方砖每一个柱面支承在X轴滑块上时光学方砖分别与X轴、Y轴的夹角，一共得到8个夹角；根据式(1)计算被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角。本发明专利技术能够大幅提高垂直度测量效率和精度，具有测量误差不受标准件的影响、测量设备通用性好、测量过程操作简便易行、测量对象广泛的优点。

Perpendicularity Error Measuring Method for orthogonal guide rail platform

The invention discloses a method for measuring Perpendicularity Error of orthogonal guide platform, comprising the steps of X axis of the slide was measured orthogonal to the X axis slider guide platform is placed on the optical and in accordance with the specified angle flip quadrel brick making each optical cylindrical optical brick are supported in the X axis slider, optical detection of each brick a cylindrical shaft is supported in the X block of optical Fangzhuan respectively with X and Y axis angle, a total of 8 angle; according to the type (1) to calculate the motion axis XY axis perpendicularity is measured orthogonal guide platform angle. The invention can greatly improve the verticality measuring efficiency and precision, has the advantages that the measurement error is not affected by the standard component, the universality of the measuring equipment is good, the measuring process is simple and convenient to operate, and the measuring object is wide.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密测量技术，具体涉及一种用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法。
技术介绍
对于垂直度误差最敏感的正交导轨运动平台，其垂直度误差占所有几何误差的30％以上。对于一般的精密运动平台，运动轴的各项几何误差除滚转角误差外，都可以使用双频激光干涉仪直接给予检测和分离。如英国Renishaw公司的XL-80型双频激光干涉仪，其分辨率为1nm，测量精度为±0.5ppm。可以看出，该仪器测量精度是无法满足高精度垂直度误差的测量要求的，因此，必须采用其他方法进行几何误差检测。目前常用测量垂直度的方法可以分为三类。第一种是参数几何建模，通过对机床几何误差模型理论建模，如多体理论建模，指数积理论建模。模型可预测和补偿机床的几何误差，前提是测量辨识得到模型中各个基本几何误差，比如通过激光干涉仪的9线法，12线法，体对角线分步法等获得。同时，基于这类方法国内外还研究很多专门的设备，如3D探头，球杆仪，R-test等。这种方法通过矩阵获得机床的几何误差，因此误差精度水平很大程度依赖于运动模型的建立和测量的精度水平。因为这种方法属于综合误差检测，需要通过专门的仪器设备测量机床多项误差，虽然耗时短，但是检测仪器的标定和误差模型的建立是检测的关键因素，测量精度也没有单项测量垂直度误差精度高。第二类方法是利用标准件测量导轨垂直度，这种方法使最普遍，最简便的测量方法。国家标准《GB/T 17421.1-1998机床检验通则》给出利用标准件测量导轨垂直度原理。目前测量垂直度常用的标准件有光学方砖，直角尺，五角棱镜等。这种测量方法虽然属于单项误差检测，精确、明了，但是这种测量方法耗时长，测量精度受标准件限制。第三种是利用误差分离方法测量导轨垂直度。这种方法基本思想是使测量精度不受标准件的限制，因此，误差分离法可以在大行程导轨的垂直度的测量中得到运用；同时，如果测量过程操作规范合理，其测量精度可以达到高精度测量平台要求的精度。误差分离方法在测量导轨直线度使用比较普遍，对于垂直度误差测量国内外的研究相对较少，甚至没有专门的文献对基于误差分离测量导轨垂直度进行详细的分析和介绍。2008年CIRP国际生产工程学会(关于机床制造、精密检测、精密加工的最高学术会议)仍然将数控机床和坐标测量机的误差检测与补偿工作作为大会的主题报告，提出在可预见的未来10年内数控机床的误差的高效检测方法仍然是重要的研究领域。因此采用新方法，提高测量高精度测量平台垂直度的测量精度仍然具有很大研究价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够大幅提高垂直度测量效率和精度，测量误差不受标准件的影响，测量设备通用性好，测量过程操作简便易行，测量对象广泛的用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法，步骤包括：1)通过被测量正交导轨平台的X轴滑轨的X轴滑块上放置光学方砖并依次按照指定角度翻转光学方砖使得光学方砖的每一个柱面分别支承在X轴滑块上，检测光学方砖每一个柱面支承在X轴滑块上时光学方砖分别与X轴、Y轴的夹角，一共得到8个夹角；2)根据式(1)计算被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角； a x y = 2 π + Σ k = 1 8 γ k 4 - - - ( 1 ) ]]>式(1)中，axy表示被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角，γk表示检测得到的8个夹角中的第k个夹角。优选地，所述步骤1)中检测光学方砖每一个柱面支承在X轴滑块上时光学方砖分别与X轴、Y轴的夹角的步骤包括：当光学方砖每一个柱面支承在X轴滑块上时，首先选择光学方砖的顶部柱面或底部柱面作为第一测量柱面，按照指定的步距，使用正交导轨平台的水平位移传感器检测第一测量柱面上各个测量点的距离测量数据，根据式(2)计算光学方砖的第一测量柱面和X轴的夹角；然后选择光学方砖的一个侧面作为第二测量柱面，按照指定的步距，使用正交导轨平台的竖直位移传感器检测第二测量柱面上各个测量点的距离测量数据，根据式(2)计算光学方砖的第二测量柱面和Y轴的夹角；γi＝tan-1(((PiTPi)-1PiTmi)(1)) (2)式(2)中，γi表示光学方砖的第一测量柱面和X轴的夹角或光学方砖的第二测量柱面和Y轴的夹角，Pi表示一组测量点的位置关系矩阵，每个测量点之间间隔步距△t，一组测量数据有2n+1个测量点，mi表示第一测量柱面或第二测量柱面上各个测量点的距离值所组成距离矩阵，((PiTPi)-1PiTmi)(1)表示取矩阵((PiTPi)-1PiTmi)中的第一个元素。本专利技术用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法具有下述优点：1)本专利技术在采用旋转法测量光学方砖四柱面与导轨的夹角从而得到正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角，即得到正交导轨平台的垂直度误差，使测量精度不受标准件精度的影响，有效的提高了测量精度。2)本专利技术采用正交导轨平台进行光学测量的原理，提高了位移的测量精度，保证测量结果的高精度。此外在调节两支位移传感器的等高度、光学方砖的水平度、位移传感器与导轨的角度也比较简单，通过千分表调节后即可保证较高精度，测量过程简洁明了。3)本专利技术的光学方砖由于其精度不影响测量精度，因此不需要花费人力物力去加工光学方砖，很好的体现了本专利技术测量方法的经济适用性。4)本专利技术的测量对象广泛，对一般的正交导轨平台都可以完成高精度的垂直度误差测量。附图说明图1为本专利技术实施例方法的基本流程示意图。图2为本专利技术实施例正交导轨平台及光学方砖的布置主视结构示意图。图3为本专利技术实施例正交导轨平台及光学方砖的布置侧视结构示意图。图4为本专利技术实施例中光学方砖处于A方位时的原理结构示意图。图5为本专利技术实施例中光学方砖处于B方位时的原理结构示意图。图6为本专利技术实施例中光学方砖处于C方位时的原理结构示意图。图7为本专利技术实施例中光学方砖处于D方位时的原理结构示意图。图8为本专利技术实施例中计算γ1时对光学方砖进行测量的原理示意图。图9为本专利技术实施例中计算γ2时对光学方砖进行测量的原理示意图。图10为本专利技术实施例中光学方砖X、Y方向倾斜对测量结果的误差影响示意图。图11为本专利技术实施例中位移传感器和导轨的夹角对测量结果的误差影响示意图。图12为本专利技术实施例中5次的垂直度误差测量结果数据图表。图13为本专利技术实施例中计算得到光学方砖四个内角与真值比较图(每个内角的第六条形为真值)。具体实施方式本专利技术用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法核心思想是利用光学方砖内角和为2π，通过四次旋转，分别测量光学方砖四柱面与导轨的夹角从而计算出导轨垂直度这一研究结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法，其特征在于步骤包括：1)通过被测量正交导轨平台的X轴滑轨的X轴滑块上放置光学方砖并依次按照指定角度翻转光学方砖使得光学方砖的每一个柱面分别支承在X轴滑块上，检测光学方砖每一个柱面支承在X轴滑块上时光学方砖分别与X轴、Y轴的夹角，一共得到8个夹角；2)根据式(1)计算被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角；axy=2π+Σk=18γk4---(1)]]>式(1)中，axy表示被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角，γk表示检测得到的8个夹角中的第k个夹角。

【技术特征摘要】
1.一种用于正交导轨平台的垂直度误差测量方法，其特征在于步骤包括：1)通过被测量正交导轨平台的X轴滑轨的X轴滑块上放置光学方砖并依次按照指定角度翻转光学方砖使得光学方砖的每一个柱面分别支承在X轴滑块上，检测光学方砖每一个柱面支承在X轴滑块上时光学方砖分别与X轴、Y轴的夹角，一共得到8个夹角；2)根据式(1)计算被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角； a x y = 2 π + Σ k = 1 8 γ k 4 - - - ( 1 ) ]]>式(1)中，axy表示被测量正交导轨平台的运动轴XY轴垂直度角，γk表示检测得到的8个...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭小强，铁贵鹏，戴一帆，赖涛，刘俊峰，郭蒙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43