一种机床平动轴几何误差的快速测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种机床平动轴几何误差的快速测量方法及其装置，涉及机床误差测量技术领域。包括激光头组及其支架和激光反射镜组及其支架，位于同一个平面内，且成矩形分布的激光反射镜组的工字形支架通过磁座一与机床主轴固定，与其所对应的激光头组，通过四边形复式框架与机床工作台的另一端固定，沿该四边形复式框架的上、下横梁的两端侧面均设有凹槽；四个激光反射镜位于同一个平面内，且成矩形分布。设置待测平动轴行程中等间距分布的n个测量点，其中n>1；测量各激光头与激光反射镜之间的距离，计作A、B、C、D距离，根据四个激光头的相对位置，计算平动轴各个测量点处六项几何误差项数值，得到平动轴整个行程中的六项几何误差。

Method and device for rapidly measuring geometric error of translational axis of machine tool

The invention provides a method and a device for measuring the geometric error of a translational axis of a machine tool, and relates to the technical field of machine tool error measurement. Including the laser head group and a bracket and a laser mirror group and the bracket are located in the same plane, and the rectangular distribution of the laser reflector group and I-shaped bracket a magnetic spindle and fixed by the corresponding laser head group, the other end with the machine bed table complex frame fixed by four the shape, a groove is provided at both ends of the side of the quadrangle complex frame the upper and lower beam; four laser mirrors are located in the same plane, and a rectangular distribution. Set the measured translational axis travel distance distribution of medium n measurement points, including n> 1; measurement between the laser head and laser mirror distance as A, B, C, D distance, according to the relative position of the four laser heads, each measuring point calculation of translational axis six geometric errors numerical, get six geometric errors of translational axis in the whole trip.

【技术实现步骤摘要】
一种机床平动轴几何误差的快速测量方法及其装置
本专利技术涉及机床误差测量

技术介绍
数控机床已经广泛应用于航天、航空、航海、汽车、国防等各种领域，数控机床高精度制造是衡量一个国家先进制造水平的重要标志。国务院发布的《中国制造2025》中指出“开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备与集成制造系统”，同时“加快高档数控机床前沿技术和装备的研发，以提升可靠性、精度保持性为重点。”高精度成为包括五轴数控机床在内的高档数控机床发展的必然趋势。在影响机床加工精度的众多因素中，几何误差和热误差是高档数控机床的最大误差源，占总制造误差的60％左右，机床几何误差精确测量成为提高机床加工精度的基础。平动轴几何误差是机床几何误差的重要组成部分，国内外学者对平动轴几何误差提出了很多测量方法。现在普遍采用的9线法是采用激光干涉仪测量数控机床三个平动轴工作空间9条线上各个方向的综合误差，通过求解线性方程得到21项几何误差元素(参见田文杰，牛文铁，常文芬，张大卫(2014)数控机床几何精度溯源方法研究，机械工程学报(07):128-135)。但是9线法完成每个平动轴误差元素辨识所需的3条线的误差测量至少需要4次激光干涉仪的安装，大大增加了测量时间。另外，12线法、13线法、14线法、22线法等也是测量工作空间中多条线的综合误差并结合机床综合误差模型求解几何误差元素，需要设备的多次安装，同时需要结合误差模型计算几何误差，计算精度与误差模型相关。基于多普勒效应的激光干涉仪可实现分步体对角线测量方法，结合矢量运算，将体对角线运动分解为三个平动轴的单独运动组合(参见WangC(2000).Laservectormeasurementtechniqueforthedeterminationandcompensationofvolumetricpositioningerrors.PartI:Basictheory.ReviewofScientificInstruments,71(10):3933-3937.)。但是该方法中激光和反射镜之间存在校准误差，而且激光头和反射镜的安装比较困难。公开号为CN103447884B(申请号201310335401.8)的中国专利申请公开了一种数控机床平动轴几何误差的测量装置及测量与辨识方法，通过激光跟踪仪在四个不同位置对机床单个平动轴运动时空间三个点连续运动的轨迹进行测量，然后辨识得到平动轴各项误差。但是该方法需要将激光跟踪仪在不同位置进行测量，且需要对不同测量位置以及空间测量点进行标定，测量比较耗时，测量的过程也较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机床平动轴几何误差的快速测量装置，它能有效地解决机床平动轴几何误差快速测量问题。本专利技术的另一个目的是提供一种机床平动轴几何误差的快速测量方法，它能有效地解决机床平动轴几何误差的快速测量方法问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机床平动轴几何误差的快速测量装置，包括激光头组及其支架和激光反射镜组及其支架，激光头组包括激光头一、激光头二、激光头三和激光头四，激光反射镜组包括激光反射镜一、激光反射镜二、反射镜三和激光反射镜四；激光头支架包括四边形复式框架和磁座二，反射镜支架包括工字形支架和磁座一，位于同一个平面内，且成矩形分布的激光反射镜组的工字形支架通过磁座一与机床主轴固定，与其所对应的激光头组，通过四边形复式框架与机床工作台的另一端固定，沿该四边形复式框架的上、下横梁的两端侧面均设有凹槽，激光头一、激光头二、激光头三和激光头四分别与嵌入该凹槽并固定；激光反射镜一、激光反射镜二、反射镜三和激光反射镜四位于同一个平面内，且成矩形分布。所述的激光头组发射激光垂直于激光反射镜组反射镜的镜面。所述的激光头组所在的平面垂直于待测平动轴运动方向，激光头组发射的激光平行于待测平动轴运动方向。所述激光头组和反射镜组镜面均设有微调装置。本专利技术的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种机床平动轴几何误差的快速测量方法，包括以下步骤：a、将四边形复式框架用磁座二与机床工作台的一端固定，将工字形支架用磁座一与机床主轴固定；b、调整四边形复式框架和工字形支架的高度、以及激光头组和激光反射镜组的微调装置，保证激光头一、激光头二、激光头三和激光头四发射的激光分别通过激光反射镜一、激光反射镜二、激光反射镜三和激光反射镜四反射回来，并被各自的激光头接受；c、设置待测平动轴行程中等间距分布的n个测量点，其中n>1；d、通过待测平动轴运动来控制激光头组与激光反射镜组之间的距离，待测平动轴依次运动到每个测量点处，测量激光头一和激光反射镜一之间的距离，计作A距离，同时测量激光头二和激光反射镜二之间的距离，计作B距离，激光头三和激光反射镜三之间的距离记作C距离和激光头四和激光反射镜四之间的距离，为D距离；e、根据四个激光头的相对位置，结合各个测量点处测量的A、B、C和D距离，计算平动轴各个测量点处六项几何误差项数值，得到平动轴整个行程中的六项几何误差。步骤a和步骤b中的安装和调整时须保证激光头发射的激光平行于待测平动轴运动方向。步骤a和步骤b中的激光头一和激光头二所在的连线方向垂直于待测平动轴运动方向，且平行于机床坐标系中的一条坐标轴。步骤a和步骤b中激光头一和激光头三所在的连线方向垂直于待测平动轴运动方向，且垂直于激光头一和激光头二所在的连线。步骤e得到的平动轴六项几何误差数值随着平动轴运动距离变化而变化。作为优选，所述的四边形复式框架中激光头采用螺栓固定。作为优选，所述的四边形复式框架中激光头一、二、三和激光头四安装位置固定不可调，保证激光头相对位置固定。为了能够更准确地得到激光头与激光反射镜的距离，作为优选，所述激光头组中激光头有激光微调装置，所述激光反射镜组中激光反射镜有镜面微调装置，通过调整激光微调装置和镜面微调装置，保证所述的激光头组发射激光垂直于所述激光反射镜组反射镜的镜面。所述的四边形复式框架高度可调，所述的安装反射镜的工字形支架高度可调，保证激光头与激光反射镜处于同一高度。所述的激光头可采用现有技术，包括用于发射激光的激光发射部件、用于接收激光反射镜反射回的激光接受部件、对发射和接收激光进行控制的激光控制器，以及向计算机传输测量信号的信号传输部件。激光反射镜也可采用现有技术。本专利技术还提供了一种机床平动轴几何误差的测量方法，采用机床平动轴几何误差的快速测量装置，完成一个平动轴所有几何误差测量只需安装一次仪器，测量简便、快速，操作简单。进一步地，步骤a和步骤b中安装和调整时保证激光头发射的激光平行于待测平动轴运动方向。进一步地，步骤a和步骤b中激光头一和激光头二所在直线垂直于待测平动轴运动方向，平行于机床坐标系中一条坐标轴。进一步地，步骤a和步骤b中激光头一和激光头三所在直线垂直度于待测平动轴运动方向，垂直于激光头一和激光头二所在直线。进一步地，步骤e得到的平动轴六项几何误差数值随着平动轴运动距离变化而变化。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术机床平动轴几何误差的快速测量装置中通过固定四个激光头相对位置，实现四路平行激光同步测量，测量过程中无需改变激光头位置，避免引入激光不同的初始定位误差，保证测量准确性。本专利技术机床平动轴几何误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床平动轴几何误差的快速测量装置，包括激光头组及其支架和激光反射镜组及其支架，激光头组包括激光头一(5)、激光头二(4)、激光头三(6)和激光头四(2)，激光反射镜组包括激光反射镜一(9)、激光反射镜二(8)、反射镜三(11)和激光反射镜四(12)；其特征在于：所述的激光头支架包括四边形复式框架(3)和磁座二(13)；所述的反射镜支架包括工字形支架(7)和磁座一(14)；位于同一个平面内，且成矩形分布的激光反射镜组的工字形支架(7)通过磁座一(14)与机床主轴(10)固定，与其所对应的激光头组，通过四边形复式框架(3)和磁座二(13)与机床工作台(1)的一端固定，沿该四边形复式框架(3)的上、下横梁的两端侧面均设有凹槽，激光头一(5)、激光头二(4)、激光头三(6)和激光头四(2)分别嵌入该凹槽并固定；激光反射镜一(9)、激光反射镜二(8)、反射镜三(11)和激光反射镜四(12)位于同一个平面内，且成矩形分布。

【技术特征摘要】
1.一种机床平动轴几何误差的快速测量装置，包括激光头组及其支架和激光反射镜组及其支架，激光头组包括激光头一(5)、激光头二(4)、激光头三(6)和激光头四(2)，激光反射镜组包括激光反射镜一(9)、激光反射镜二(8)、反射镜三(11)和激光反射镜四(12)；其特征在于：所述的激光头支架包括四边形复式框架(3)和磁座二(13)；所述的反射镜支架包括工字形支架(7)和磁座一(14)；位于同一个平面内，且成矩形分布的激光反射镜组的工字形支架(7)通过磁座一(14)与机床主轴(10)固定，与其所对应的激光头组，通过四边形复式框架(3)和磁座二(13)与机床工作台(1)的一端固定，沿该四边形复式框架(3)的上、下横梁的两端侧面均设有凹槽，激光头一(5)、激光头二(4)、激光头三(6)和激光头四(2)分别嵌入该凹槽并固定；激光反射镜一(9)、激光反射镜二(8)、反射镜三(11)和激光反射镜四(12)位于同一个平面内，且成矩形分布。2.根据权利要求1所述的机床平动轴几何误差快速测量装置，其特征在于：所述的激光头组发射激光垂直于激光反射镜组反射镜的镜面。3.根据权利要求1所述的机床平动轴几何误差快速测量装置，其特征在于：所述的激光头组所在的平面垂直于待测平动轴运动方向，激光头组发射的激光平行于待测平动轴运动方向。4.根据权利要求1所述的机床平动轴几何误差快速测量装置，其特征在于：所述激光头组和反射镜组镜面均设有微调装置。5.一种机床平动轴几何误差的快速测量方法，包括以下步骤：a、将四边形复式框架(3)用磁座二(13)与机床工作台(1)的一端固定，将工字形支架(7)用磁座一(14)与机床主轴(10)固定；b、调整四边形复式框架(3)和工字形支架(7)的高度、以及激光头组和...

【专利技术属性】
技术研发人员：付国强，贡宏伟，高宏力，宋兴国，曹中清，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51