机床旋转轴几何误差识别方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本公开提供的机床旋转轴几何误差识别方法、装置及存储介质，包括：安装视觉靶标和单目相机，并对其安装误差进行标定；对C轴几何误差进行识别：测量视觉靶标的刀长和Y偏置；随机选择多个机床程序坐标，在各机床程序坐标处，控制A轴静止，C轴做RTCP运动并进行等间隔停止，采集标志C序列图像，得到各机床程序坐标在每次停止处视觉靶标的三维坐标偏差，以此计算C轴的几何误差；对A轴几何误差进行识别：随机选择多个机床程序坐标，在各机床程序坐标处，控制C轴静止，A轴做RTCP运动并进行等间隔停止，采集标志A序列图像，得到各机床程序坐标在每次停止处视觉靶标的三维坐标偏差，以此计算A轴的几何误差。本公开测量效率和精度高。本公开测量效率和精度高。本公开测量效率和精度高。

【技术实现步骤摘要】
机床旋转轴几何误差识别方法、装置及存储介质


[0001]本公开属于机床几何误差测量领域，针对于五轴数控机床旋转轴的几何误差识别方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]根据机床的误差定义，机床理想响应和实际响应的差值即为机床的误差，机床的误差根源有很多，根据机床误差产生的根源不同可以将机床误差分为几何误差、热误差、力误差以及控制误差等，前三种误差源被称为准静态误差源，是机床刀具在工件坐标系中理想位置和实际位置产生差距的根源，准静态误差源会随时间缓慢变化，且取决于机床自身拓扑结构，造成了70％左右的机床误差。
[0003]数控机床的几何误差按照性质可分为两类，包括与位置相关的几何误差(Position dependent geometirc errors，以下简记为“PDGEs”)和与位置无关的几何误差(Position independent geometirc errors，以下简记为“PIGEs”)。其中，PDGEs主要是因为制造机床自身的零件的加工精度不高以造成的零部件形状和位置误差，又将旋转轴的PDGEs称为运动误差(motion errors)。PIGEs是由于零部件制造装配缺陷、载荷变化等原因造成的机床安装误差，旋转轴的PIGEs又称为结构误差(structureerrors)。对于五轴数控机床，根据ISO 230
‑
7和GB/T 17421.7中所规定的，旋转轴运动时存在6项PDGES，包括3个平移误差(δ
xc
,δ
yc
,δ
zc
)，(δ
xa
,δ
ya
,δ
za
))和3个旋转误差((θ
xc
,θ
yc
,θ
zc
)，(θ
xa
,θ
ya
,θ
za
))，详见下表：
[0004][0005]相比于传统三轴数控机床，五轴数控机床增加了两个旋转轴，在加工精度、质量和加工效率上均有较大的提升。五轴数控机床的平动轴的几何误差标定方法已经比较成熟，旋转轴作为五轴数控机床的重要组成部分，旋转轴的几何误差由于空间多轴联动对于五轴数控机床的影响也更加复杂，更加严重影响机床的加工精度，标定相对于平动轴更加复杂，因此五轴数控机床旋转轴几何误差的标定和补偿具有重要的意义。
[0006]现有R
‑
test测量仪和球杆仪主要缺点在于测量成本相对较高，结构相对较为复杂，球杆仪的测量时间长，而视觉测量具有测量成本低，测量精度和测量效率高的优势，可以应用于五轴机床的旋转轴误差测量。

技术实现思路

[0007]本公开旨在解决上述问题之一。
[0008]为此，本公开第一方面实施例提供的机床旋转轴几何误差识别方法，采用单目视
觉系统结合高精度视觉靶标，可以完成检测五轴数控机床的旋转轴几何误差。本公开第一方面实施例提供的机床旋转轴几何误差识别方法包括：
[0009]在所述机床的刀柄末端和转台上分别安装视觉靶标和设有低畸变显微镜头的单目相机；所述视觉靶标上设有相互垂直的标志A、标志B和标志C，且分别与A轴、B轴和C轴垂直；
[0010]对所述单目相机和所述视觉靶标的安装误差分别进行标定；
[0011]对所述C轴的几何误差进行识别，包括：
[0012]根据所述机床的行程范围，在加工范围内随机选择所述机床的多个机床程序坐标，在每个所述机床程序坐标处，控制所述A轴静止于A0
°
位置，所述C轴做刀尖点跟随运动，运动过程中进行等间隔停止，并在各停止处利用所述单目相机采集所述视觉靶标上所述标志C的图像，形成对应的标志C序列图像；根据各测量过程的所述标志C序列图像得到各所述机床程序坐标在每次停止处所述视觉靶标的三维坐标偏差，以此计算所述C轴的几何误差；
[0013]对所述A轴的几何误差进行识别，包括：
[0014]测量所述视觉靶标的刀长和Y偏置，所述视觉靶标的刀长为机床主轴的端面到所述标志A或者所述标志B的中心的距离，所述视觉靶标的Y偏置为安装所述视觉靶标后所述标志A与所述机床主轴的中心偏差的Y向分量；
[0015]根据所述机床的行程范围，在加工范围内随机选择所述机床的多个机床程序坐标，在每个所述机床程序坐标处，控制所述C轴静止于C0
°
位置，所述A轴做刀尖点跟随运动，运动过程中进行等间隔停止，并在各停止处利用所述单目相机采集所述视觉靶标上所述标志A的图像，形成对应的标志A序列图像；根据各测量过程的所述标志A序列图像得到各所述机床程序坐标在每次停止处所述视觉靶标的三维坐标偏差，以此计算所述A轴的几何误差。
[0016]本公开第一方面实施例提供的机床旋转轴几何误差识别方法，具有以下特点及有益效果：
[0017]本公开第一方面实施例利用视觉测量精确、高效的优势，提出了一种采用视觉测量的手段实现五轴加工中心旋转轴几何误差的方案，可以快速完成五轴加工中心旋转轴几何误差的补偿。与现有的R
‑
TEST和球杆仪等测量手段相比，本公开简单、低成本、测量效率高，可以达到接近专业测量仪器同等的测量效果。
[0018]在一些实施例中，对所述单目相机的安装误差进行标定，包括：
[0019]控制所述机床沿平动轴的轴线方向等间隔移动若干次，利用所述单目相机采集所述视觉靶标的序列图像，根据该序列图像计算出相机坐标系中所述视觉靶标的移动位移，并进行拟合得到相机坐标系与机床主轴坐标系的夹角，作为所述单目相机的安装误差。
[0020]在一些实施例中，所述拟合方式为最小二乘法线性拟合。
[0021]在一些实施例中，对所述视觉靶标的安装误差进行标定，包括：
[0022]控制机床各轴不动，使所述机床主轴进行圆周运动，且等间隔停止，在各停止处利用所述单目相机采集所述视觉靶标的图像，获取各图像的中心点进行拟合，获取所述视觉靶标的安装误差。
[0023]在一些实施例中，所述拟合方式为最小二乘法圆拟合。
[0024]在一些实施例中，所述视觉靶标上的标志选用棋盘格、圆点标定板或二维码标定板，通过所述单目相机进行所述视觉靶标的三维坐标偏差测量，包括：
[0025]控制所述单目相机获取全景深图像序列，利用Brenner函数对所述全景深图像序列进行清晰度计算，获取清晰度
‑
图像序列曲线，并拟合出清晰度z向位移函数；控制所述单目相机在最佳清晰度位置成像，对所述视觉靶标的标志特征点进行亚像素识别，进行像素距离与真实位移标定；获取测量过程中的图像序列，实现所述视觉靶标的三维坐标偏差测量。
[0026]在一些实施例中，所述机床程序坐标选择两个，利用下式得到所述C轴的几何误差：
[0027][0028]其中，为选择的两个机床程序坐标；为机床程序坐标x
c1
,y
c1
,z
c1
在第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，包括：在所述机床的刀柄末端和转台上分别安装视觉靶标和设有低畸变显微镜头的单目相机；所述视觉靶标上设有相互垂直的标志A、标志B和标志C，且分别与A轴、B轴和C轴垂直；对所述单目相机和所述视觉靶标的安装误差分别进行标定；对所述C轴的几何误差进行识别，包括：根据所述机床的行程范围，在加工范围内随机选择所述机床的多个机床程序坐标，在每个所述机床程序坐标处，控制所述A轴静止于A0
°
位置，所述C轴做刀尖点跟随运动，运动过程中进行等间隔停止，并在各停止处利用所述单目相机采集所述视觉靶标上所述标志C的图像，形成对应的标志C序列图像；根据各测量过程的所述标志C序列图像得到各所述机床程序坐标在每次停止处所述视觉靶标的三维坐标偏差，以此计算所述C轴的几何误差；对所述A轴的几何误差进行识别，包括：测量所述视觉靶标的刀长和Y偏置，所述视觉靶标的刀长为机床主轴的端面到所述标志A或者所述标志B的中心的距离，所述视觉靶标的Y偏置为安装所述视觉靶标后所述标志A与所述机床主轴的中心偏差的Y向分量；根据所述机床的行程范围，在加工范围内随机选择所述机床的多个机床程序坐标，在每个所述机床程序坐标处，控制所述C轴静止于C0
°
位置，所述A轴做刀尖点跟随运动，运动过程中进行等间隔停止，并在各停止处利用所述单目相机采集所述视觉靶标上所述标志A的图像，形成对应的标志A序列图像；根据各测量过程的所述标志A序列图像得到各所述机床程序坐标在每次停止处所述视觉靶标的三维坐标偏差，以此计算所述A轴的几何误差。2.根据权利要求1所述的机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，对所述单目相机的安装误差进行标定，包括：控制所述机床沿平动轴的轴线方向等间隔移动若干次，利用所述单目相机采集所述视觉靶标的序列图像，根据该序列图像计算出相机坐标系中所述视觉靶标的移动位移，并进行拟合得到相机坐标系与机床主轴坐标系的夹角，作为所述单目相机的安装误差。3.根据权利要求2所述的机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，所述拟合方式为最小二乘法线性拟合。4.根据权利要求1所述的机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，对所述视觉靶标的安装误差进行标定，包括：控制机床各轴不动，使所述机床主轴进行圆周运动，且等间隔停止，在各停止处利用所述单目相机采集所述视觉靶标的图像，获取各图像的中心点进行拟合，获取所述视觉靶标的安装误差。5.根据权利要求4所述的机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，所述拟合方式为最小二乘法圆拟合。6.根据权利要求1所述的机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，所述视觉靶标上的标志选用棋盘格、圆点标定板或二维码标定板，通过所述单目相机进行所述视觉靶标的三维坐标偏差测量，包括：控制所述单目相机获取全景深图像序列，利用Brenner函数对所述全景深图像序列进行清晰度计算，获取清晰度
‑
图像序列曲线，并拟合出清晰度z向位移函数；控制所述单目相机在最佳清晰度位置成像，对所述视觉靶标的标志特征点进行亚像素识别，进行像素距离
与真实位移标定；获取测量过程中的图像序列，实现所述视觉靶标的三维坐标偏差测量。7.根据权利要求1所述的机床旋转轴几何误差识别方法，其特征在于，选择两个所述机床程序坐标，利用下式得到所述C轴的几何误差：其中，(x
c1
，y
c1
，z
c1
)，(x
c2
，y
c2
，z
c2
)为选择的两个机床程序坐标；为机床程序坐标(x
c1
，y
c1
，z
c1
)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜铧，李炳燃，张辉，赵彤，叶佩青，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：