一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，特征在于：包括以下步骤：第一步骤、固定工量具；第二步骤、获取旋转坐标数据；第三步骤、重复操作，等到多遍坐标位置；第四步骤、计算旋转中心、半径、旋转角度及误差；第五步骤、利用间接误差，计算定位精度、补偿值；第六步骤、是否在运行范围内；第七步骤、误差补偿，重新测量；第八步、绘制误差曲线图，输出结果；第九步骤、测量结束。过机床自身的直线轴定位精度为基准，当摆角头旋转时分别测量对应直线轴的空间位置，获取坐标数据建立空间关系，利用三角关系函数。

An Indirect Measurement and Compensation Method for Positioning Accuracy of Rotating Pendulum Head

The invention discloses an indirect measurement and compensation method for positioning accuracy of rotary pendulum head, which is characterized by the following steps: first step, fixing workpiece measuring tools; second step, acquiring rotating coordinate data; third step, repeating operation until multiple coordinate positions; fourth step, calculating rotating center, radius, rotating angle and error; fifth step, utilizing indirect error. Calculate the positioning accuracy and compensation value; Sixth step, whether in operation range; Seventh step, error compensation, re-measurement; Eighth step, draw error curve, output results; Ninth step, end of measurement. The positioning accuracy of the straight axis through the machine tool itself is the datum. When the pendulum head rotates, the space position of the corresponding straight axis is measured separately. The coordinate data are obtained to establish the spatial relationship, and the triangular relationship function is used.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法
本专利技术属于机床加工
，具体涉及一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法。
技术介绍
针对航空小型曲面框梁零件的法向加工，研制设计了一种较小尺寸、高精度的CA旋转摆角头，末端安装了制孔进给直线轴和制孔主轴，为了达到法向精度要求，必须严格控制CA轴的旋转定位精度。目前市场上旋转轴的定位精度大都采用多棱镜反射、伺服电机驱动靶标反转、激光跟踪仪以及电子水平摆角仪等专用仪器进行直接角度误差测量。多棱镜反射是一种光学测量仪器，在安装反射镜时要求必须为旋转中心，旋转中心得配套连接轴，调试时间较长，目前已经很少采用；某公司生产的利用伺服电机驱动靶标反转进行光学调整仪器，首先其价格昂贵，整套仪器大概需要一百万左右，其无线通讯驱动方式不适合我公司，检测头需要较大面积吸附；激光跟踪仪的精度较低，一般用于初调，无法达到10arcsec的定位精度要求；电子水平摆角仪检测头体积大，重量重，需要安装面或吸附面，不适合此次设计制造的小体积航空专用摆角头，且不能够检测旋转平面平行于水平面的旋转轴，成本大，通过技术研究和对比，目前的现有仪器均不适合此次设计的CA旋转轴的定位精度检测，而项目总体性能指标明确提出了旋转轴的精度从而满足综合的法向精度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，能够通过旋转后测量关联直线轴平面坐标，获取有关数据，多点拟合，编制公式计算角度误差，设计算法输出各点误差值及补偿值，最后评判输出定位精度、重复定位精度以及误差曲线。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，特征在于：包括以下步骤：第一步骤、固定工量具a,在机床工作台上定位标准直角工装块，在机床主轴头上固定百分表，百分表在直角工装块的X轴方向的一个面运行，调整直角工装块在X轴方向平行；b,旋转百分表90°，百分表在直角工装块的Y轴方向的一个面运行，调整直角工装块在Y轴方向平行；c,直角工装块在X轴和Y轴平面平行后通过压块将其固定在机床的工作台上；d,将对刀表X、对刀表Y分别固定在直角工装块的X平面和Y平面；e,将标准球头棒固定到主轴刀柄上，并确保主轴旋转时，百分表的跳动不得超过0.01mm。第二步骤、获取旋转坐标数据a，在机床上设定一个以0°的位置为定位精度测量基准点；b,第一次旋转测量；编辑机床数控定位程序，指令C轴旋转到0°位置，沿X轴方向移动C轴，使得球头棒接近对刀表X，将对刀表X的显示值作为初始基准，X向坐标值为X11；c,沿Y轴方向移动C轴,使得球头棒接近对刀表Y，将对刀表Y的显示值作为初始基准，Y向坐标值为Y11；d,记录下X向坐标值和Y向坐标值，得到第一组空间坐标点位置(X11，Y11)；e,第二次旋转测量；指令C轴旋转到第二个角度位置，分别靠近对刀表X和对刀表Y，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X21，Y21)g,第三次旋转测量；指令C轴旋转到第三个角度位置，分别靠近对刀表X和对刀表Y，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X31，Y31)；f,第N次旋转测量；采用上述同样旋转测量的方法，得到所有测量点的空间位置(Xn1，Yn1)；第三步骤、重复操作，等到多遍坐标位置根据测量计算要求，重复第二步骤的测量次数N＝3～5次；第二次(X12，Y12)、(X22，Y22)、(X32，Y32)、、、(Xn2，Yn2)；……第N次得到(X1N，Y1N)、(X2N，Y2N)、(X3N，Y3N)、、、(XnN，YnN)等；第四步骤、计算旋转中心、半径、旋转角度及误差a,计算旋转中心任意选取不同角度的3组坐标数据(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)，根据三点定圆的原理，根据以下公式计算得到圆心O坐标(XO，YO)。其中：为了消除计算和测量误差，可以选取多组坐标数据，计算多个圆心O坐标值，最后求平均得到综合圆心坐标(XO，YO)。b,计算旋转半径在得到旋转中心坐标值和各点的旋转坐标，根据两点距离的公式可以计算旋转半径。为了消除计算和测量误差，同样方法可以计算得到多个测量点对应的半径R长度，最后求平均得到旋转半径R。c,计算旋转角度及误差在已知旋转半径R，初始位置0°的坐标值(X11，Y11)，通过先前的间接测量又得到每一个旋转点的坐标(Xi1，Yi1)，任意一旋转点、初始点以及圆心三点连线构成了一个等腰三角形，利用其顶点角度与边长的关系可以反推计算顶点角度值，即为实际旋转角度，计算公式如下：通过上述步骤对n个测量点的N次正反方向的定位测量计算，得到实际定位角度，根据指令角度值与实际角度值相比较E＝θ指令-θ实际，可以得到了n个测量点的N次正向运动误差值，如E11正、E12正、、、E1N正；E21正、E22正、、、E2N正；Ei1正、Ei2正、、、EiN正；En1正、En2正、、、EnN正。同时也得到了n个测量点的N次反向运动误差值，如E11反、E12反、、、E1N反；E21反、E22反、、、E2N反；Ei1反、Ei2反、、、EiN反；En1反、En2反、、、EnN反；第五步骤、利用间接误差，计算定位精度、补偿值根据上述正向运动误差集，可以求得该运动方向下的N次平均误差，计算公式如下：同样的原理，可以计算得到轴反向运动的的N次平均误差Ei反。根据各测量点的误差，可以采用多种计算计量标准，按照目前上国际和国内通常采用的VDI/DGQ3441的计量标准，可以根据以下公式计算出双向定位精度Pa和双向重复定位精度Pr。Pa＝max((E1+2*S1),(E2+2*S2),,(Ei+2*Si),,(En+2*Sn))-min((E1-2*S1),(E2-2*S2),,(Ei-2*Si),,(En-2*Sn))Pr＝max((2*S1正+2*S1反+abs(B1)),,(2*Si正+2*Si反+abs(Bi),,(2*Sn正+2*Sn反+abs(Bn))))其中：Bi＝Ei正-Ei反当该旋转轴的定位精度Pa和重复定位精度Pr超出设计允许范围，可以将上述正向运动的N次平均误差Ei正和反向运动的N次平均误差Ei反输出用于补偿。针对控制系统具有双向误差补偿功能，上述补偿值可以单独使用；如果没有该项功能，则需要将正反向误差求平均作为该点的补偿值；第六步骤、是否在运行范围内如果该旋转轴的定位精度Pa和重复定位精度Pr在允许范围内，将定位指令值作为横坐标，误差区间段作为纵坐标；第七步骤、误差补偿，重新测量在第六步骤中，误差不在范围内则返回第二步重新测量；第八步、绘制误差曲线图，输出结果在第六步骤中，误差在范围内，把各点的间接测量计算得到的误差值标记于二维平面坐标系中，相同运动方向下的误差点连成线，不同次数采用不同显色区分即可得到误差曲线图；第九步骤、测量结束。所述对刀表X(2)和对刀表Y(3)处于Z向保证同一高度。所述对刀表X(2)和对刀表Y(3)均安装有强磁力磁铁。所述百分表换成千分表。本专利技术带来的有益效果有。1、通过机床自身的直线轴定位精度为基准，当摆角头旋转时分别测量对应直线轴的空间位置，获取坐标数据建立空间关系，利用三角关系函数，编制公式间接计算旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，特征在于：包括以下步骤：第一步骤、固定工量具a,在机床工作台上定位标准直角工装块(1)，在机床主轴头上固定百分表，百分表在直角工装块(1)的X轴方向的一个面运行，调整直角工装块(1)在X轴方向平行；b,旋转百分表90°，百分表在直角工装块(1)的Y轴方向的一个面运行，调整直角工装块(1)在Y轴方向平行；c,直角工装块(1)在X轴和Y轴平面平行后通过压块将其固定在机床的工作台上；d,将对刀表X(2)、对刀表Y(3)分别固定在直角工装块(1)的X平面和Y平面；e,将标准球头棒(4)固定到主轴刀柄(5)上，并确保主轴旋转时，百分表的跳动不得超过0.01mm。第二步骤、获取旋转坐标数据a，在机床上设定一个以0°的位置为定位精度测量基准点；b,第一次旋转测量；编辑机床数控定位程序，指令C轴(6)旋转到0°位置，沿X轴方向移动C轴(6)，使得球头棒(4)接近对刀表X(2)，将对刀表X(2)的显示值作为初始基准，X向坐标值为X11；c,沿Y轴方向移动C轴(6),使得球头棒(4)接近对刀表Y(3)，将对刀表Y(3)的显示值作为初始基准，Y向坐标值为Y11；d,记录下X向坐标值和Y向坐标值，得到第一组空间坐标点位置(X11，Y11)；e,第二次旋转测量；指令C轴(6)旋转到第二个角度位置，分别靠近对刀表X(2)和对刀表Y(3)，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X21，Y21)g,第三次旋转测量；指令C轴(6)旋转到第三个角度位置，分别靠近对刀表X(2)和对刀表Y(3)，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X31，Y31)；f,第N次旋转测量；采用上述同样旋转测量的方法，得到所有测量点的空间位置(Xn1，Yn1)；第三步骤、重复操作，等到多遍坐标位置根据测量计算要求，重复第二步骤的测量次数N＝3～5次；第二次(X12，Y12)、(X22，Y22)、(X32，Y32)、、、(Xn2，Yn2)；……第N次得到(X1N，Y1N)、(X2N，Y2N)、(X3N，Y3N)、、、(XnN，YnN)等；第四步骤、计算旋转中心、半径、旋转角度及误差a,计算旋转中心任意选取不同角度的3组坐标数据(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)，根据三点定圆的原理，根据以下公式计算得到圆心O坐标(XO，YO)。...

【技术特征摘要】
1.一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，特征在于：包括以下步骤：第一步骤、固定工量具a,在机床工作台上定位标准直角工装块(1)，在机床主轴头上固定百分表，百分表在直角工装块(1)的X轴方向的一个面运行，调整直角工装块(1)在X轴方向平行；b,旋转百分表90°，百分表在直角工装块(1)的Y轴方向的一个面运行，调整直角工装块(1)在Y轴方向平行；c,直角工装块(1)在X轴和Y轴平面平行后通过压块将其固定在机床的工作台上；d,将对刀表X(2)、对刀表Y(3)分别固定在直角工装块(1)的X平面和Y平面；e,将标准球头棒(4)固定到主轴刀柄(5)上，并确保主轴旋转时，百分表的跳动不得超过0.01mm。第二步骤、获取旋转坐标数据a，在机床上设定一个以0°的位置为定位精度测量基准点；b,第一次旋转测量；编辑机床数控定位程序，指令C轴(6)旋转到0°位置，沿X轴方向移动C轴(6)，使得球头棒(4)接近对刀表X(2)，将对刀表X(2)的显示值作为初始基准，X向坐标值为X11；c,沿Y轴方向移动C轴(6),使得球头棒(4)接近对刀表Y(3)，将对刀表Y(3)的显示值作为初始基准，Y向坐标值为Y11；d,记录下X向坐标值和Y向坐标值，得到第一组空间坐标点位置(X11，Y11)；e,第二次旋转测量；指令C轴(6)旋转到第二个角度位置，分别靠近对刀表X(2)和对刀表Y(3)，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X21，Y21)g,第三次旋转测量；指令C轴(6)旋转到第三个角度位置，分别靠近对刀表X(2)和对刀表Y(3)，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X31，Y31)；f,第N次旋转测量；采用上述同样旋转测量的方法，得到所有测量点的空间位置(Xn1，Yn1)；第三步骤、重复操作，等到多遍坐标位置根据测量计算要求，重复第二步骤的测量次数N＝3～5次；第二次(X12，Y12)、(X22，Y22)、(X32，Y32)、、、(Xn2，Yn2)；……第N次得到(X1N，Y1N)、(X2N，Y2N)、(X3N，Y3N)、、、(XnN，YnN)等；第四步骤、计算旋转中心、半径、旋转角度及误差a,计算旋转中心任意选取不同角度的3组坐标数据(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)，根据三点定圆的原理，根据以下公式计算得到圆心O坐标(XO，YO)。其中：为了消除计算和测量误差，可以选取多组坐标数据，计算多个圆心O坐标值，最后求平均得到综合圆心坐标(XO，YO)。b,计算旋转半径在得到旋转中心坐标值和各点的旋转坐标，根据两点距离的公式可以计算旋转半径。为了消除计算和测量误差，同样方法可以计算得到多个测量点对应的半径R长度，最后求平均得到旋转半径R。c,计算旋转角度及误差在已知旋转半径R，初始位置0°的坐标值(X11，Y11)，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：何华兵，刘旭，简学之，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51