一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法技术

本发明专利技术针对现有技术的局限性，提出了一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，针对传统方法中涉及的轨迹测量及误差辨识进行了改良，方案由三条平行或者重合与机床坐标轴线的可直接测量其定位误差的直线轨迹实现；可以任意选择被测空间中的运动轨迹，并且每个方向上的测量只需要用到三条轨迹，很大程度上缓解了冗余测量；且可以同时辨识出俯仰误差和偏摆误差，省去了分开计算辨识的重复繁琐。省去了分开计算辨识的重复繁琐。省去了分开计算辨识的重复繁琐。

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法


[0001]本专利技术涉及数控机床制造加工
，具体地，涉及面向机床几何误差测量及角度误差的辨识技术；更具体的，涉及一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法。

技术介绍

[0002]目前用于机床几何误差测量及辨识的方法种类繁多，有些为减少误差测量点的选择，舍弃了对定位误差的辨识；有些为了获得更多的几何误差辨识数据，针对定位误差和角度误差做了冗余测量及辨识；还有些借助于实际测量距离的线性拟合来获得实际距离与理想距离之间的误差；上述的这些误差测量及辨识方法都是以俯仰误差和偏摆误差的辨识方法为基础建立起来的，但是针对几何误差辨识方法中俯仰及偏摆误差的辨识却一直沿用本世纪初提出的辨识方法，也称为俯仰及偏摆误差的传统辨识方法(下面简称传统方法)。传统方法相对于如今的几何误差测量及辨识已有不少的限制。
[0003]如公开日为2018.03.16的中国专利技术专利：基于平面光栅的三面五线机床空间几何误差测量辨识方法所示，其先在XOY、XOZ、YOZ三个测量平面内，分别在平面光栅的测量范围内设计规划测量路径；然后依次对XOY、XOZ、YOZ平面的各项误差进行辨识，先辨识得到测量平面上两轴间的垂直度误差，消除垂直度误差影响后利用不同轨迹间关系辨识得到俯仰和偏摆角度误差，消除角度误差影响后辨识得到定位误差与直线度误差，最后结合三个平面辨识得到的已有误差代入模型辨识得到滚转角度误差；对每项几何误差项进行参数化建模，采用正交多项式拟合的方法得到每项几何误差的误差曲线，最终实现空间几何误差的全部辨识过程。传统方法中需要多次测量三条到四条的同一坐标轴平面内的平行线定位误差进行俯仰误差和偏摆误差辨识，还需要选择与坐标系平面相平行的平面进行测量；因此，现有技术的限制比较多，仍具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的局限，本专利技术提出一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，包括以下步骤：
[0006]S1，获取目标机床的笛卡尔坐标系；
[0007]S2，设置以所述笛卡尔坐标系的坐标轴作为运动轴向进行单轴运动的测量轨迹；各坐标轴分别对应三条相互平行于该坐标轴、且不在同一平面上的测量轨迹；
[0008]S3，选择运动轴向，获取目标机床沿着所述运动轴向对应的三条测量轨迹上运行时，目标机床的实际运行测量点与理想运行测量点之间的定位误差数据；
[0009]S4，根据空间角几何关系以及所述定位误差数据，获得目标机床的俯仰及偏摆误差角度。
[0010]相较于现有技术，本专利技术针对传统方法中涉及的轨迹测量及误差辨识进行了改良，方案由三条平行或者重合与机床坐标轴线的可直接测量其定位误差的直线轨迹实现；
可以任意选择被测空间中的运动轨迹，并且每个方向上的测量只需要用到三条轨迹，很大程度上缓解了冗余测量；且可以同时辨识出俯仰误差和偏摆误差，省去了分开计算辨识的重复繁琐。
[0011]作为一种优选方案，所述测量轨迹包括与坐标轴重合的情况。
[0012]作为一种优选方案，所述空间角几何关系在于：在所述步骤S3中的三条测量轨迹上分别选择位于同一距离的测量点，将所述测量点连接构成的误差平面的法向量分别投影在所述步骤S3中的运动轴所在的两个笛卡尔坐标平面上，以该运动轴的单位向量与所述法向量在所述笛卡尔坐标平面上的投影向量形成的夹角作为俯仰及偏摆误差角度。
[0013]进一步的，对于理想运行测量点实际运行测量点实际运行测量点俯仰及偏摆误差角度按以下公式表示：
[0014][0015]其中，表示理想运行距离，表示实际运行距离；公式字符右上角的角标k表示测量轨迹；公式字符右下角的角标中第一个字母u,v,w表示误差方向，取值为x,y,z；公式字符右下角的角标中第二个字母v
i
表示运动方向，i表示测量轨迹k上第i个测量点，v取值为x,y,z，i取值1,2，...。
[0016]更进一步的，在测量轨迹的通用情况中，各组测量轨迹的初始点的距离在所用坐标系中表示为所述俯仰及偏摆误差角度的简化模型按以下公式表示：
[0017][0018]更进一步的，对于由以下空间坐标的点：A(0,0,0)、B(0,L
Y
,0)、C(
‑
L
X
,L
Y
,0)、D(
‑
L
X
,0,0)、E(0,0,L
Z
)、F(0,L
Y
,L
Z
)、G(
‑
L
X
,L
Y
,L
Z
)、H(
‑
L
X
,0,L
Z
)构成的几何空间，在以所述几何空间的各棱边作为测量轨迹的情况中，所述俯仰及偏摆误差角度的简化模型按以下公式表示：
[0019][0020]进一步的，的正负号取决于的正负号。
[0021]本专利技术还提供以下内容：
[0022]一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识系统，包括依序连接的坐标系获取模块、测量轨迹设置模块、定位误差数据获取模块以及误差角度获取模块；其中：
[0023]所述坐标系获取模块用于获取获取目标机床的笛卡尔坐标系；
[0024]所述测量轨迹设置模块用于设置以所述笛卡尔坐标系的坐标轴作为运动轴向进行单轴运动的测量轨迹；各坐标轴分别对应三条相互平行于该坐标轴、且不在同一平面上的测量轨迹；
[0025]所述定位误差数据获取模块用于选择运动轴向，获取目标机床沿着所述运动轴向对应的三条测量轨迹上运行时，目标机床的实际运行测量点与理想运行测量点之间的定位误差数据；
[0026]所述误差角度获取模块用于根据空间角几何关系以及所述定位误差数据，获得目标机床的俯仰及偏摆误差角度。
[0027]一种存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的步骤。
[0028]一种计算机设备，包括存储介质、处理器以及储存在所述存储介质中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的步骤。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提供的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的流程示意图；
[0030]图2为本专利技术提供的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的原理示意图；
[0031]图3为本专利技术提供的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的在通用情况下的轨迹示意图；
[0032]图4为本专利技术提供的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的在通用情况下的实施数据示意图；
[0033]图5为本专利技术提供的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法的在特殊情况下的轨迹示意图；
[0034]图6为本专利技术提供的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取目标机床的笛卡尔坐标系；S2，设置以所述笛卡尔坐标系的坐标轴作为运动轴向进行单轴运动的测量轨迹；各坐标轴分别对应三条相互平行于该坐标轴、且不在同一平面上的测量轨迹；S3，选择运动轴向，获取目标机床沿着所述运动轴向对应的三条测量轨迹上运行时，目标机床的实际运行测量点与理想运行测量点之间的定位误差数据；S4，根据空间角几何关系以及所述定位误差数据，获得目标机床的俯仰及偏摆误差角度。2.根据权利要求1所述的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，其特征在于，所述测量轨迹包括与坐标轴重合的情况。3.根据权利要求1所述的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，其特征在于，所述空间角几何关系在于：在所述步骤S3中的三条测量轨迹上分别选择位于同一距离的测量点，将所述测量点连接构成的误差平面的法向量分别投影在所述步骤S3中的运动轴所在的两个笛卡尔坐标平面上，以该运动轴的单位向量与所述法向量在所述笛卡尔坐标平面上的投影向量形成的夹角作为俯仰及偏摆误差角度。4.根据权利要求3所述的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，其特征在于，对于理想运行测量点实际运行测量点俯仰及偏摆误差角度按以下公式表示：其中，表示理想运行距离，表示实际运行距离；公式字符右上角的角标k表示测量轨迹；公式字符右下角的角标中第一个字母u,v,w表示误差方向，取值为x,y,z；公式字符右下角的角标中第二个字母v
i
表示运动方向，i表示测量轨迹k上第i个测量点，v取值为x,y,z，i取值1,2，...。5.根据权利要求4所述的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，其特征在于，在测量轨迹的通用情况中，各组测量轨迹的初始点的距离在所用坐标系中表示为所述俯仰及偏摆误差角度的简化模型按以下公式表示：6.根据权利要求4所述的数控机床俯仰误差及偏摆误差辨识方法，其特征在于，对于由以下空间坐标的点：A(0,0,0)、B(0,L
Y
,0)、C(
‑
L
X<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕牢，侯家林，王宇林，刘璨，张传景，周群龙，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：