基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法技术方案

本发明专利技术公布了一种基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法，应用于在机测量误差补偿领域，包括对在机测量各运动部件的误差进行分析，并将误差等效成相对于理想矩阵的微分算子。为了实现利用机床本体的三轴运动补偿各项误差，将传统机床多体系统建模中刀具与工件运动链，简化成沿单一方向传递运动链，并计算各运动部件之间的矩阵关系，最终推导出在机测量系统的综合误差模型。利用矩阵之间的传递关系将各刚体误差等效成机床本体三轴的线性误差，利用三轴机床的联动，对测量系统的光栅热误差、示值误差、导轨系统的阿贝误差、测头系统的安装误差进行补偿。此种建模精度更高、更符合在机测量的实际工况，能够较好消除在机测量系统中多误差源的影响，提高在机测量系统的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法
本专利技术涉及机床误差补偿领域，具体涉及一种基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法。
技术介绍
数控机床加工零件完成后,通常采用手工检测、离线检测、在线检测三种方法对零件的尺寸进行测量，且离线测量居多，工件在离线检测的过程中要进行多次装夹，测量的效率低，且在装夹的过程中会引入重复定位误差。基于数控机床的在机测量系统能够在一台机床上利用一次装夹完成全部或大部分加工测量任务，具有较高的测量精度与加工效率，因此基于数控的在机测量技术在实际生产中受到广泛的关注，在机测量系统综合误差既存在动态误差，又存在由于测量工况变化引起的误差，各误差存在相关性与抵偿性，如果不对在机测量系统误差进行处理，其测量精度就无法满足测量基准精度至少高于被测对象精度三倍以上的基本要求。为了补偿在机测量系统的综合误差，国内外的专家与学者对基于数控机床的在机测量系统综合误差建模展开了大量研究与探索。但在误差补偿解耦方面，研究文献却相对较少，其中代表的是微分法与雅可比矩阵法。这两种方法建立在对变换矩阵求导的基础上，计算过程较为复杂，而且针对的是特定结构的机床。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一：建立堆栈式工作台Y轴导轨系统引起的待测点的偏摆—阿贝误差、俯仰—阿贝误差、滚转—阿贝误差模型；步骤二：建立X轴导轨系统和Y轴导轨系统共同作用引起的待测点的偏摆—阿贝误差、俯仰—阿贝误差、滚转—阿贝误差模型；步骤三：建立Z轴导轨系统引起的主轴坐标原点的偏摆—阿贝误差、俯仰—阿贝误差、滚转—阿贝误差模型；步骤四：分析机床三个运动轴存在的几何误差、垂直度误差；步骤五：分析测头系统存在的安装误差与热误差及测量过程存在的动态误差；步骤六：基于热变形临界点理论安装光栅测量系统，建立其零点漂移误差和示值误差模型；步骤七...

【技术特征摘要】
1.基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一：建立堆栈式工作台Y轴导轨系统引起的待测点的偏摆—阿贝误差、俯仰—阿贝误差、滚转—阿贝误差模型；步骤二：建立X轴导轨系统和Y轴导轨系统共同作用引起的待测点的偏摆—阿贝误差、俯仰—阿贝误差、滚转—阿贝误差模型；步骤三：建立Z轴导轨系统引起的主轴坐标原点的偏摆—阿贝误差、俯仰—阿贝误差、滚转—阿贝误差模型；步骤四：分析机床三个运动轴存在的几何误差、垂直度误差；步骤五：分析测头系统存在的安装误差与热误差及测量过程存在的动态误差；步骤六：基于热变形临界点理论安装光栅测量系统，建立其零点漂移误差和示值误差模型；步骤七：为了方便雅可比矩阵的构造，将传统建模方法中的工件运动链、测头运动链合并成沿单一方向传递的运动链步骤八:考虑X轴导轨系统的阿贝误差与Y轴导轨系统的阿贝误差之间的相关性对整个传递运动链的影响；步骤九：在机测量系统的测头的位置误差、姿态误差可以看成传递运动链中每个部件微分运动单独作用并沿运动链传递至测头引起的误差的矢量和，计算每个部件单独作用的引起的测头误差，误差矢量和即在机测量系统的综合误差。步骤十：将测量系统的几何误差、光栅示值误差、零点漂移误差、导轨系统阿贝误差、测头的安装误差、热误差等效成三轴的几何误差，并求解三轴的等效微分算子。步骤十一：用等效的微分算子去构建雅可比矩阵，通过雅可比矩阵的广义逆，得到三轴补偿量的最小二乘解。2.根据权利要求1所述的基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法，其特征在于：所述的传递运动链为：待测点Ow→X轴光栅读数头5→X轴光栅尺零点4→Y轴光栅读数头3→Y轴光栅零点2→机床床身1→立柱6→Z轴光栅零点7→Z轴光栅读数头8→主轴9→测头基座t待测点Ow→Y轴光栅读数头3→Y轴光栅零点2→机床床身1→立柱6→Z轴光栅零点7→Z轴光栅读数头8→主轴9→测头基座t3.根据权利要求1所述基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法，其特征在于：所述待测点Ow与X轴光栅读数头5之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵记为d5Tt；d5Tt＝wT5wΔ55T44T33T22T11T66T77T88T99Tt所述X轴光栅零点4与X轴光栅读数头5之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变化矩阵d4Tt；d4Tt＝wT55T45Δ44T33T22T11T66T77T88T99Tt所述Y轴光栅读数头3与待测点Ow之间的误差、Y轴光栅读数头3与X轴光栅读数头4之间的误差耦合作用下引起的测头基座产生的微分变换矩阵d3Tt；d3Tt＝(wT55T44T34Δ3+wT3wΔ3)3T22T11T66T77T88T99Tt所述Y轴光栅零点2与Y轴光栅读数头3之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变化矩阵d2Tt；d2Tt＝wT55T44T33T23Δ22T11T66T77T88T99Tt所述机床床身1与Y轴光栅读数头2之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵d1Tt；d1Tt＝wT55T44T33T22T12Δ11T66T77T88T99Tt所述立柱6与机床床身1之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵d6Tt；d6Tt＝wT55T44T33T22T11T61Δ66T77T88T99Tt所述Z轴光栅零点7与立柱6之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵d7Tt；d7Tt＝wT55T44T33T22T11T66T76Δ77T88T99Tt所述Z轴光栅读数头8与Z轴光栅零点7之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵d8Tt；d8Tt＝wT55T44T33T22T11T66T77T87Δ88T99Tt所述主轴9与Z轴光栅读数头8之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵d9Tt；d9Tt＝wT55T44T33T22T11T66T77T88T98Δ99Tt所述测头的基座t与主轴9之间的误差引起的在机测量系统测头基座产生的微分变换矩阵dtTt；dtTt＝wT55T44T33T22T11T66T77T88T99Tt9Δt所述所有运动部件微分运动引起的测头基座位姿的微分变化矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洪涛，李莉，陈邦晟，范禄源，张宇，何海双，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34