基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法技术

一种基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，属于测量误差补偿技术领域。所述基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，包括以下步骤：步骤S1，直线轴测量精度补偿；步骤S2，建立回转中心线误差补偿模型；步骤S3，回转中心线几何误差校准。本发明专利技术测量流程简单，有助于测量机开发工程师和终端用户快速找出回转中心线误差，提高测量精度。

Calibration Method of Geometric Error of Rotating Axis Rotation Center Line Based on Probe

【技术实现步骤摘要】
基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法
本专利技术涉及的是一种误差补偿领域的技术，具体是一种基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法。
技术介绍
五轴非接触式测量机，模型如图2所示，集五轴联动和非接触式测量于一体，为复杂曲面/异性曲面的非接触式测量需求提供了完整的解决方案，这类设备主要用于汽车零部件、飞机发动机零部件、手机3D玻璃、精密模具等领域，能提供尺寸测量、3D尺寸云图构建等测量需求。测量精度是五轴非接触式测量机关注的重要性能指标，而测量机几何误差在整机综合误差中占比超过50％，在直线轴误差补偿已有成熟方法的情况下，旋转轴回转中心几何误差对综合误差影响尤甚，特别是随着待测零件的尺寸增加，回转中心线几何误差在综合误差中的占比呈放大趋势。目前虽然有一些旋转轴回转中心几何误差的标定方法，但是这些方法多基于传统CNC系统，不适合用于带单摆头单转台的五轴非接触式测量机。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，操作简单，有助于快速找出回转中心线误差，提高测量精度。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括以下步骤：步骤S1，直线轴测量精度补偿：对五轴非接触式测量机中三个直线轴的21项几何误差进行测量和补偿，至达到直线轴测量精度要求；步骤S2，建立回转中心线误差补偿模型：在完成S1中操作后，将探针安装在C轴转台或C轴转台所在平面上，将标准球安装在A轴转台上，通过检测标准球随A轴转台做圆周运动的圆心得到A轴回转中心线的几何误差；再以A轴转台工作面圆心为坐标原点建立测量机的基坐标系，将探针装在A轴转台上，将标准球安装在C轴转台上，先标定探针的安装位置，得到探针安装的几何误差，再检测标准球随C轴转台做圆周运动的圆心，得到C轴回转中心线的几何误差；根据A轴回转中心线的几何误差和C轴回转中心线的几何误差建立回转中心线误差补偿模型；步骤S3，回转中心线几何误差校准：采用五轴联动的方式通过探针对安装在C轴转台上的标准球做轮廓检测和尺寸检测，输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度；若测量精度无法满足要求则返回步骤S2重新建立回转中心线误差补偿模型；若测量精度满足要求则安装白光传感器并标定安装位置，采用五轴联动的方式通过白光传感器对标准球做轮廓检测和尺寸检测，再次输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度，若测量精度满足要求则完成回转中心线几何误差标定，否则重新安装白光传感器后继续对标准球做轮廓检测和尺寸检测，评价测量精度至达到要求。技术效果与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)通过两次安装操作分别标定两个旋转轴，共标定6项位姿误差；该方法安装过程简单，标定流程清晰，有助于测量机开发工程师和终端用户快速找出回转中心线误差，为高精度测量做好基础工作；2)在进行非接触式测量前采用接触式测量，相比直接用白光传感器进行非接触式测量校准，不需要标定安装位置，避免引入安装误差。附图说明图1为实施例1的方法流程图；图2为实施例1中的五轴非接触式测量机示意图；图3为实施例1中经补偿的标准球a和标准球b之间理想测量趋势图。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。实施例1如图1所示，本实施例包括以下步骤：步骤S1，直线轴测量精度补偿：对五轴非接触式测量机中三个直线轴的21项几何误差进行测量和补偿；并采用体对角线法对直线轴误差补偿结果做校验，保证综合精度小于2μm；步骤S2，建立回转中心线误差补偿模型：在完成步骤S1中操作后，将探针安装在C轴转台或Y轴上，将标准球安装在A轴转台上，通过检测标准球随A轴转台做圆周运动的圆心得到A轴回转中心线的几何误差；再以A轴转台工作面圆心为坐标原点建立测量机的基坐标系，将探针装在A轴上，将标准球安装在C轴转台上，先标定探针的安装位置，得到探针安装的几何误差四项，再检测标准球随C轴转台做圆周运动的圆心，得到C轴回转中心线的几何误差；根据A轴回转中心线的几何误差和C轴回转中心线的几何误差建立回转中心线误差补偿模型；步骤S3，回转中心线几何误差标定：先进行接触式测量，采用五轴联动的方式通过探针对安装在C轴转台上的标准球做轮廓检测和尺寸检测，输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度；若测量精度无法满足要求则返回步骤S2重新建立回转中心线误差补偿模型；若测量精度满足要求则进行非接触式测量，安装白光传感器并标定安装位置，采用五轴联动的方式通过白光传感器对标准球做轮廓检测和尺寸检测，再次输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度，若测量精度满足要求则完成回转中心线几何误差标定，否则重新安装白光传感器后继续对标准球做轮廓检测和尺寸检测，评价测量精度至达到要求，以精度满足要求的白光传感器安装位置为标准测量位置。步骤S3中测量精度要求不大于5μm。本实施例中在检测A轴回转中心线的几何误差时，探针安装在C轴上，标准球安装在A轴转台上，C轴不旋转，XYZA四轴运动，从而测量得到标准球绕A轴回转中心线旋转的空间轨迹，通过空间轨迹计算得到A轴回转中心线的几何误差；因A轴回转中心线在Y方向、Z方向的偏移量可以通过设置设备零点的方式忽略，故A轴回转中心线的几何误差为A轴回转中心线的空间姿态误差，包括A轴与Y轴、Z轴的垂直度误差。在步骤S2中，检测A轴回转中心线几何误差的具体过程如下：步骤S21，标准球球心标定：在C轴转台或Y轴上安装探针，在A轴转台上安装标准球a和b各一个(标准球a和b直径不同，安装在A轴转台的不同回转轨迹上且球心之间存在高度差)，C轴不旋转，XYZA四轴运动进行正转和反转，在正转和反转过程中分别对标准球a和b进行五点测量拟合得到标准球球心；五点测量中五个测点在标准球上的布局方式为一个Z向最高点、X轴方向上的两个极值点和Y轴方向上的两个极值点，四个极值点在X0Y投影面上周向均布设置；五个测点的坐标是praw(i,k,n)∈R3，n＝1,2,…5为测点序号，i＝1,2,…14，其中正转7次，反转7次，k表示标准球a、b；对这五个测点进行空间坐标值修正，修正的目的是补偿直线运动副21项误差引起的空间坐标的偏差，修正后五个测点的坐标是pcal(i,k,n)∈R3；根据五个测点的坐标及标准球的半径Rk，以偏差量h达到最小为拟合目标，采用最小二乘法拟合球心坐标p(i,k)∈R3，计算拟合后两标准球球心之间的间距p(i,a)为标准球a的球心坐标，p(i,b)为标准球b的球心坐标，根据D(i)的变化趋势判定误差补偿后测量精度是否符合要求，符合要求则进行步骤S22；否则重复步骤S21；如图3所示，补偿后标准球a和标准球b球心间距变化在0.003mm范围内(去掉最高值和最低值)，符合要求；步骤S22，标准球回转圆心标定：正向旋转A轴转台，顺序旋转i/2次，得到i/2个角度位置作为测量位置，i/2个测量位置包含从起始位置起的至少720°旋转角度范围，等间距布置，每旋转一次测量一次标准球的球心；再反向旋转A轴转台，顺序旋转i/2次，得到i/2个角度位置作为测量位置，i/2个测量位置包含从起始位置起的至少720°旋转角度范围，同向旋转得到的测量位置等间距布置；优选地，i/2＝7，总测量次数i＝14，正向旋转的7个测量位置和反向旋转的7个测量位置交错；那么标准球a和b分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，直线轴测量精度补偿：对五轴非接触式测量机中三个直线轴的21项几何误差进行测量和补偿，至达到直线轴测量精度要求；步骤S2，建立回转中心线误差补偿模型：在完成步骤S2中操作后，将探针安装在C轴转台或C轴转台所在平面上，将标准球安装在A轴转台上，通过检测标准球随A轴转台做圆周运动的圆心得到A轴回转中心线的几何误差；再以A轴转台工作面圆心为坐标原点建立测量机的基坐标系，将探针装在A轴转台上，将标准球安装在C轴转台上，先标定探针的安装位置，得到探针安装的几何误差，再检测标准球随C轴转台做圆周运动的圆心，得到C轴回转中心线的几何误差；根据A轴回转中心线的几何误差和C轴回转中心线的几何误差建立回转中心线误差补偿模型；步骤S3，回转中心线几何误差校准：采用五轴联动的方式通过探针对安装在C轴转台上的标准球做轮廓检测和尺寸检测，输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度；若测量精度无法满足要求则返回步骤S2重新建立回转中心线误差补偿模型；若测量精度满足要求则安装白光传感器并标定安装位置，采用五轴联动的方式通过白光传感器对标准球做轮廓检测和尺寸检测，再次输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度，若测量精度满足要求则完成回转中心线几何误差标定，否则重新安装白光传感器后继续对标准球做轮廓检测和尺寸检测，评价测量精度至达到要求；最终以精度满足要求的白光传感器安装位置为标准测量位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，直线轴测量精度补偿：对五轴非接触式测量机中三个直线轴的21项几何误差进行测量和补偿，至达到直线轴测量精度要求；步骤S2，建立回转中心线误差补偿模型：在完成步骤S2中操作后，将探针安装在C轴转台或C轴转台所在平面上，将标准球安装在A轴转台上，通过检测标准球随A轴转台做圆周运动的圆心得到A轴回转中心线的几何误差；再以A轴转台工作面圆心为坐标原点建立测量机的基坐标系，将探针装在A轴转台上，将标准球安装在C轴转台上，先标定探针的安装位置，得到探针安装的几何误差，再检测标准球随C轴转台做圆周运动的圆心，得到C轴回转中心线的几何误差；根据A轴回转中心线的几何误差和C轴回转中心线的几何误差建立回转中心线误差补偿模型；步骤S3，回转中心线几何误差校准：采用五轴联动的方式通过探针对安装在C轴转台上的标准球做轮廓检测和尺寸检测，输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度；若测量精度无法满足要求则返回步骤S2重新建立回转中心线误差补偿模型；若测量精度满足要求则安装白光传感器并标定安装位置，采用五轴联动的方式通过白光传感器对标准球做轮廓检测和尺寸检测，再次输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度，若测量精度满足要求则完成回转中心线几何误差标定，否则重新安装白光传感器后继续对标准球做轮廓检测和尺寸检测，评价测量精度至达到要求；最终以精度满足要求的白光传感器安装位置为标准测量位置。2.根据权利要求1所述基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，其特征是，在步骤S2中，检测A轴转台和C轴转台其中之一回转中心线的几何误差具体过程如下：步骤S21，标准球球心标定：在A轴转台或C轴转台其中之一上安装标准球a和b各一个，标准球a和b球心之间存在高度差，标准球a和b直径不同并安装在转台的不同回转轨迹上，另一转台或转台所在平台安装探针；探针所在平台或转台不旋转，其余四轴运动进行正转和反转，在正转和反转过程中分别对标准球a和b进行五点测量拟合得到标准球球心；五点测量中五个测点在标准球上的布局方式为一个旋转转台轴向最高点、与旋转转台轴向垂直的标准球大圆上四个坐标轴极值点；五个测点的坐标是praw(i,k,n)∈R3，n表示测点序号，i表示标准球正转测量次数i/2次和反转测量次数i/2次之和，i为偶数，k表示标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：史文浩，孟健，于福翔，陈良锋，史军新，
申请(专利权)人：博众精工科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32