一种旋转角测量系统的误差标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种旋转角测量系统的误差标定方法，该方法采用激光自准直仪，所述激光自准直仪包括准直光管和平面反射镜，所述平面反射镜安装在曲面基准件的中央，采用旋转角测量系统和激光自准直仪同步测量曲面基准件的旋转角，先针对同一曲面组的不同旋转角度进行测量，再对测量系统中使用的所有曲面组进行测量，最终得到基于不同曲面组和不同旋转角度的误差标定矩阵，为消除旋转角测量误差提供补偿数据，在旋转角测量系统进行测量工作时，根据所选用的曲面组序号和当前的测量角度使用标定出的测量误差矩阵可对测量结果进行实时的补偿以减小旋转角测量误差，提高旋转角测量系统的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转角测量系统的误差标定方法
本专利技术涉及一种角度测量系统的误差标定方法，特别是一种旋转角测量系统的误差标定方法。
技术介绍
目前使用较为广泛的机床误差检测仪器有激光干涉仪和球杆仪，由于自身检测原理上的因素，这些仪器在应用于多轴数控机床的误差检测中存在各自的不足：如激光干涉仪调整复杂，一次测量只能获得一个参数，操作要求高，难以实现自动化、快速化，并且价格昂贵，一般企业不具备；球杆仪无法随意规划测量路径，为旋转轴误差辨识的测量步骤设计和理论解耦算法研究增加了难度，且球杆仪以磁力座配合精密球进行接触式测量，需要在低速下运动以保证测量精度，很难适应机床误差检测快速化趋势。针对复杂异型零件的加工，多轴数控加工技术凭借其灵活、高效、高精的特点得到了广泛应用和推广，为满足定期精度校准的需要，高效的机床误差检测与辨识方法就成为亟待解决的问题。多轴数控机床的几何误差检测主要包括运动轴的角度误差、定位误差、直线度误差、垂直度误差等，其中角度误差中的旋转角误差是其中需要测量的一项重要参数。为了提高旋转轴的旋转角误差检测的效率和精度，需要提出更多的旋转角测量系统及其误差标定方法。
技术实现思路
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【技术保护点】
一种旋转角测量系统的误差标定方法，其特征在于，所述旋转角测量系统包括安装在Z轴上的差分光学测头和曲面基准件，在所述曲面基准件上设有多组成对布置的曲面组，每组曲面设有一个曲面Ⅰ和曲面Ⅱ，每个曲面组内的曲面Ⅰ和曲面Ⅱ设置在同一直径上，相邻两个曲面组的中心线夹角是β，所述差分光学测头设有一个数据处理模块和两个结构相同的光学测头，两个所述光学测头分别是光学测头Ⅰ和光学测头Ⅱ，所述光学测头的光轴与Z轴平行，所述差分光学测头位于所述曲面基准件的上方，两个所述光学测头光轴间的距离与曲面Ⅰ和曲面Ⅱ中心间的距离相等；所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，所述激光器发出的准直光...

【技术特征摘要】
1.一种旋转角测量系统的误差标定方法，其特征在于，所述旋转角测量系统包括安装在Z轴上的差分光学测头和曲面基准件，在所述曲面基准件上设有多组成对布置的曲面组，每组曲面设有一个曲面Ⅰ和曲面Ⅱ，每个曲面组内的曲面Ⅰ和曲面Ⅱ设置在同一直径上，相邻两个曲面组的中心线夹角是β，所述差分光学测头设有一个数据处理模块和两个结构相同的光学测头，两个所述光学测头分别是光学测头Ⅰ和光学测头Ⅱ，所述光学测头的光轴与Z轴平行，所述差分光学测头位于所述曲面基准件的上方，两个所述光学测头光轴间的距离与曲面Ⅰ和曲面Ⅱ中心间的距离相等；所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面内的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上；所述数据处理模块根据两个所述光学测头的CCD相机中光斑的位置，计算获得旋转轴的旋转角参数；该标定方法采用激光自准直仪，所述激光自准直仪包括准直光管和平面反射镜；所述平面反射镜垂直安装在所述曲面基准件的轴心处，具体步骤如下：1)通过标定得出光学测头Ⅰ的光轴在光学测头Ⅰ的CCD相机中的位置坐标O′1(x'O1,y'O1)，通过标定得出光学测头Ⅱ的光轴在光学测头Ⅱ的CCD相机中的位置坐标O'2(x'O2,y'O2)；2)选择所述曲面基准件中的第1曲面组作为起始标定曲面组，使所述旋转角测量系统处于标定模式；3)调整所述曲面基准件，使所述曲面Ⅰ位于光学测头Ⅰ的测量范围内，所述曲面Ⅱ位于所述光学测头Ⅱ的测量范围内，且所述曲面Ⅰ的中心线与所述光学测头Ⅰ的光轴平行，所述曲面Ⅱ的中心线与所述光学测头Ⅱ的光轴平行；4)调整准直光管，使准直光管的光轴处于平面反射镜中心且与平面反射镜垂直；此时曲面基准件位于第1曲面组的初始位置处，曲面Ⅰ上对应的测量点为A1，曲面Ⅱ上对应的测量点为A2；记录此时激光准直仪的读数和旋转角测量系统读数作为标定零点；5)采用所述激光自准直仪和所述旋转角测量系统同步针对第1曲面组获取多个位置处的旋转角，具体步骤为：5.1)获取第1曲面组初始位置处测量点A1坐标A1(x1,y1)和测量点A2坐标A2(x2,y2)，具体步骤为：5.1.1)获取光学测头Ⅰ的CCD相机中成像光斑中心位置坐标A′1(x′1,y′1)；5.1.2)将步骤5.1.1)中的光斑中心位置坐标A′1(x′1,y′1)转换为光斑中心距离光轴的距离s1x、s1y；5.1.3)计算测量点A1斜率对应的角度：ξx1＝arctan(s1x/f)/2ξy1＝arctan(s1y/f)/2其中：ξx1代表测量点A1在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；ξy1代表测量点A1在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；s1x代表第一个测量点的成像光斑的中心在X轴方向距离系统光轴的距离；s1y代表第一个测量点的成像光斑的中心在Y轴方向距离系统光轴的距离；f代表成像透镜的焦距；5.1.4)计算测量点A1(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杏华，张震楠，房丰洲，黄银国，黄武，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12