基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置，包括测量基准、夹具、触发采集模块和数据分析模块，所述夹具上安装有7个位移传感器，线性编码器读数头和位移传感器与触发采集模块连接，触发采集模块与数据分析模块连接，数据分析模块用于对位移数据和位置信号处理分析出六自由度误差，其中，直线度采用基于傅里叶变换的误差分离方法获取，第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器获取水平方向直线度；第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器获取竖直方向直线度；本发明专利技术不仅可一次性同步获得导轨的运动六自由度误差，并且能保证数据的同步性，测量精度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置


[0001]本专利技术涉及导轨六自由度误差精密检测，尤其是涉及一种基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置。

技术介绍

[0002]在精密加工和测量
中，作为主要运动承载工具的导轨对加工和测量的精度起着决定性的作用。为保证轴向运动精度，确定导轨运动中的各项误差，因此要对导轨的六自由度误差进行检测。
[0003]目前，对于导轨的六自由度测量主要是分步进行，六自由度误差的测量方法主要分为接触式测量和非接触式测量两种，非接触式测量方法主要分为光学测量、声波测量和电磁测量，对于运作中的加工导轨，由于测量导轨的六自由度误差的同时性需要，测量方法往往含有复杂的工具以及结构，不仅增加了制造成本，而且装调步骤繁琐，测量效率低，对环境要求较高。接触式测量方法多数采用坐标测量机和机械臂跟随系统进行测量，但是现在需要多次检测才能测量出导轨的六自由度误差，导致测量结果精度不高；目前常用的测量方法采样点普遍较少，通常只能反映出最终的误差数值，但无法完整的反应出导轨在运动过程中的六自由度误差变化情况，且各个误差之间的对应关系较差，不便于精度补偿与提升
[0004]中国专利号202010548604.5公开了机床直线轴运行的六自由度误差同时检测装置及方法，该专利可一次性同步获得导轨的运动六自由度误差，减少测量用时间，提高测量效率；但是还存在如下问题：首先无法保证位置信号和位移数据的同步性，其次，位移数据采集点数据较少，且采用等间距采样，导致测量精度较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置，该装置不仅可一次性同步获得导轨的运动六自由度误差，并且能保证数据的同步性，测量精度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置，包括测量基准、夹具、数据采集模块和数据分析模块，所述测量基准上表面中部沿其长度方向设置有线性编码器，测量基准上可沿长度方向滑动配合安装有夹具，夹具中部的安装有与线性编码器配合的读数头；
[0008]所述数据采集模块采用触发采集模块；
[0009]所述夹具的上表面一端安装有第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，另一端安装有第七位移传感器，远离第一位移传感器的夹具侧壁上安装有第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器；
[0010]第一位移传感器与第二位移传感器之间的间距、第一位移传感器与第三位移传感器的间距互为质数；第四位移传感器与第五位移传感器之间的间距、第四位移传感器与第六位移传感器的间距互为质数；
[0011]当触发采集模块采集到读数头读取的位置信息时控制第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器、第七位移传感器采集位移数据，并将采集的位移数据和位置信息发送给数据分析模块；
[0012]所述数据分析模块用于对位移数据和位置信号处理分析出六自由度误差；其中，直线度采用基于傅里叶变换的误差分离方法获取，第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器获取水平方向直线度；第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器获取竖直方向直线度；
[0013]第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器获取水平方向直线度具体包括如下步骤：
[0014](1)设定第一位移传感器采集位移数据为m1(n)，第二位移传感器采集位移数据为m2(n)，第三位移传感器采集位移数据为m3(n)；求取三个位移传感器之间的差分g
i
(n)＝m1(n)
‑
m
i+1
(n)；i＝1,2；
[0015](2)对差分g
i
(n)周期化处理后进行离散傅里叶变换，求得g
i
(n)的离散傅里叶系数G
i
(k)；
[0016][0017][0018]式中，d
i
(i＝1,2)分别为第一位移传感器与第二位移传感器或第三位移传感器的间距与采样间隔的比值，本实施例的采样间隔为1mm，N为采样总点数；
[0019](3)通过差分传递函数求f(n)的离散傅里叶系数F
i
(k)；
[0020][0021]式中，d
i
(i＝1,2)分别为第一位移传感器与第二位移传感器或第三位移传感器的间距与采样间隔的比值，N为采样总点数；
[0022](4)使用第一位移传感器和第二位移传感器之间凋零误差倾角a
12
对步骤(3)中F2(k)进行补偿，维持F1(k)不变，获得新的组合傅里叶变换系数F(k)，以消除位移传感器凋零误差对直线度的影响；
[0023]Z(k)＝DFT(x
n
)；
[0024]式中，a
i
为凋零误差倾角，e
i
(i＝1,2)分别为第一位移传感器与第二位移传感器或第三位移传感器的调零误差，S
i
(i＝1,2)分别为第一位移传感器与第二位移传感器或第三位移传感器的间距，Z(k)为x
n
的离散傅里叶系数；
[0025][0026](5)通过对步骤(4)求得的系数进行离散傅里叶逆变换求得f(n)；
[0027][0028](6)由此实现了水平方向的直线度与标准尺的误差分离，以求得水平数值方向的直线度：δ
x
(n)＝m1(n)
‑
f
x
(n)。
[0029]第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器采取同样的方法获得竖直方向的直线度：δ
y
(n)＝m4(n)
‑
f
y
(n)；
[0030]通过第一位移传感器和第二位移传感器求得俯仰角误差：
[0031][0032]通过第四位移传感器和第五位移传感器求得偏摆角误差：
[0033][0034]通过第三位移传感器和第七位移传感器求得滚转角误差：
[0035][0036]定位误差通过线性编码器读数头获得：α(i)＝x(i)
‑
L
i
(i＝1...n)；
[0037]其中，Δs为采样间隔，fx、fy为分离出来的测量基准两个方向上的自身误差，d
12
为第一位移传感器和第二位移传感器之间的距离，d
45
为第四位移传感器和第五位移传感器之间的距离，d
37
为第三位移传感器和第七位移传感器之间的距离，L为导轨预设移动的位置。
[0038]进一步地，所述测量基准的底部两端安装有微调装置。
[0039]进一步地，所述触发采集模块包括壳体、安装在壳体内的24V电源模块、5V电源模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块和CDAQ机箱、以及安装在壳体一侧壁上的多通道BNC接口、电源插座、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位置触发的导轨运动误差同步测量装置，包括测量基准、夹具、数据采集模块和数据分析模块，所述测量基准上表面中部沿其长度方向设置有线性编码器，测量基准上可沿长度方向滑动配合安装有夹具，夹具中部的安装有与线性编码器配合的读数头；其特征在于：所述数据采集模块采用触发采集模块；所述夹具的上表面一端安装有第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，另一端安装有第七位移传感器，远离第一位移传感器的夹具侧壁上安装有第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器；第一位移传感器与第二位移传感器之间的间距、第一位移传感器与第三位移传感器的间距互为质数；第四位移传感器与第五位移传感器之间的间距、第四位移传感器与第六位移传感器的间距互为质数；当触发采集模块采集到读数头读取的位置信息时控制第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器、第七位移传感器采集位移数据，并将采集的位移数据和位置信息发送给数据分析模块；所述数据分析模块用于对位移数据和位置信号处理分析出六自由度误差；其中，直线度采用基于傅里叶变换的误差分离方法获取，第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器获取水平方向直线度；第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器获取竖直方向直线度；第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器获取水平方向直线度具体包括如下步骤：(1)设定第一位移传感器采集位移数据为m1(n)，第二位移传感器采集位移数据为m2(n)，第三位移传感器采集位移数据为m3(n)；求取三个位移传感器之间的差分g
i
(n)＝m1(n)
‑
m
i+1
(n)；i＝1,2；(2)对差分g
i
(n)周期化处理后进行离散傅里叶变换，求得g
i
(n)的离散傅里叶系数G
i
(k)；(k)；式中，d
i
(i＝1,2)分别为第一位移传感器与第二位移传感器或第三位移传感器的间距与采样间隔的比值，本实施例的采样间隔为1mm，N为采样总点数；(3)通过差分传递函数求f(n)的离散傅里叶系数F
i
(k)；式中，d
i
(i＝1,2)分别为第一位移传感器与第二位移传感器或第三位移传感器的间距与采样间隔的比值，N为采样总点数；(4)使用第一位移传感器和第二位移传感器之间凋零误差倾角a
12
对步骤(3)中F2(k)进
行补偿，维持F1(k)不变，获得新的组合傅里叶变换系数F(k)，以消除位移传感器凋零误差对直线度的影响；Z(k)＝DFT(x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，袁海，殷鸣，谢罗峰，游奇峰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：