位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置及方法。该测量装置包括行星轮系结构、第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第三非接触位移传感器、第四非接触位移传感器、第一基准板、第二基准板和中心支座。行星轮系结构包括第一转盘、连接架、安装盘和第二转盘。本发明专利技术利用绕圆轨迹运动的两个位移传感器消除了基准板的平面度误差；又通过两组形成行星轮系的双位移传感器相结合，消除了轴承转动中的轴向误差带来的影响，分离出机床Z轴误差。同时，配合球杆仪本发明专利技术能够精准地获得机床的三维误差。由于本发明专利技术能够消除基准板的平面度误差影响，故本发明专利技术对基准板的平面度要求较低，降低了机床空间误差测量的成本。测量的成本。测量的成本。

【技术实现步骤摘要】
位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置及方法


[0001]本专利技术属于机床误差检测
，具体涉及一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置及方法。

技术介绍

[0002]随着现代制造业的不断发展，零件加工精度的要求越来越高。数控机床作为现代制造业的“加工母机”,提高其加工精度对我国制造业发展具有重要意义。数控机床加工精度提高的关键在于减小其在加工过程中的空间误差。
[0003]误差补偿是应用最为广泛的一种提高数控机床精度的方法，采用该方法的前提是对机床空间误差进行准确测量。球杆仪由于其检测精度高、成本低、检测效率高、安装简易、操作方便等优点，被广泛应用于数控机床误差检测领域。由于球杆仪结构的限制，球杆仪在XY平面进行一次圆弧测试只能获得机床在X方向和Y方向的误差，忽略了Z方向的误差(即球杆仪进行一次圆弧测试获得的误差信息不完整)。因此，本专利技术提出一种利用非接触位移传感器和球杆仪组合测量机床空间误差的方法。该方法可实现对机床的空间误差进行快速、准确的测量，对提高机床加工精度具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了弥补现有球杆仪进行一次圆弧测试获得机床误差信息不完整的缺点，提出一种利用非接触位移传感器和球杆仪组合测量机床空间误差的方法。本专利技术能够对机床的空间误差进行快速、准确测量，提供可靠的机床运动误差信息，有助于机床加工精度的提高。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，包括行星轮系结构、第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第三非接触位移传感器、第四非接触位移传感器、第一基准板、第二基准板和中心支座。所述的行星轮系结构包括第一转盘、连接架、安装盘和第二转盘。测量过程中，第二基准板固定在被测机床的工作台上。第一转盘转动连接在被测机床的主轴上。第一基准板固定在被测机床的主轴上。
[0006]所述的中心支座固定在第二基准板上。第二转盘转动连接在中心支座上。第二转盘与安装盘连接，其仅沿第二转盘的切向进行力传递。安装盘与第一转盘通过连接架固定。所述的第一转盘上固定有第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器。安装盘上固定有第三非接触位移传感器和第四非接触位移传感器。第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器均朝向第一基准板，且到第一转盘中心轴线的距离一致。第三非接触位移传感器和第四非接触位移传感器均朝向第二基准板，且到第二转盘中心轴线的距离一致。
[0007]作为优选，该位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置还包括球杆仪和工具杯。工具杯固定在第一基准板的底面；工具杯与主轴同轴设置。工具杯的底端和中心支座的顶端设置有锥窝。球杆仪连接在工具杯与中心支座的锥窝之间。球杆仪一端的精密球通过磁力吸附在工具杯的底端；球杆仪另一端的精密球通过磁力吸附在中心支座的顶端。
[0008]作为优选，所述的球杆仪水平设置。
[0009]作为优选，所述的第二转盘侧部固定有竖直导杆；安装盘的侧部固定有限位块；限位块上开设有力传递通槽；竖直导杆插入力传递通槽中。竖直导杆在力传递通槽中均能够沿第二转盘的轴向和径向均能够自由移动。
[0010]作为优选，第一非接触位移传感器位于第三非接触位移传感器的正上方；第二非接触位移传感器位于第四非接触位移传感器的正上方。
[0011]作为优选，第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第三非接触位移传感器和第四非接触位移传感器均采用电容位移传感器。
[0012]作为优选，第一非接触位移传感器、第二非接触位移传感器、第三非接触位移传感器和第四非接触位移传感器采用电感位移传感器、激光三角法位移传感器、激光共焦传感器和激光干涉仪中的任意一种。
[0013]该机床空间误差测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一、主轴在被测机床的带动下进行圆弧插补运动，绕中心支座转动一周；主轴运动的过程中，第三非接触位移传感器和第四非接触位移传感器相对于第二基准板绕中心支座的中心轴线转动一周，第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器相对于第一基准板绕主轴的轴线转动一周。
[0015]运动过程中，第一非接触位移传感器和第二非接触位移传感器持续检测自身到第一基准板的距离，分别得到数据集C1、C2。第三非接触位移传感器和第四非接触位移传感器持续检测自身到第二基准板的距离，分别得到数据集C3、C4。
[0016]步骤二、将数据集C1、C2输入双传感器误差提取方法，得到平面度误差向量R1；将数据集C3、C4输入双传感器误差提取方法，得到平面度误差向量R2。
[0017]步骤三、求取误差向量B1＝C1‑
R1。求取误差向量B2＝C3‑
R2。
[0018]步骤四、求取主轴的Z向误差向量ΔZ＝B2‑
B1。
[0019]通过双传感器误差提取方法计算基准板的平面度误差向量R的具体过程如下：
[0020]将输入的两个数据集分别记为数据集S1和S2。S1＝{s1(1),s1(2),...,s1(N)}；S2＝{s2(1),s2(2),...,s2(N)}；其中，s1(i)为数据集S1的第i个元素；s2(i)为数据集S2的第i个元素；i＝1,2,...,N；N为单个非接触传感器的采样次数。
[0021]根据数据集S1、S2构建集合S＝{s(1),s(2),...,s(N)}；s(i)为s1(i)与s2(i)的线性组合，其表达式为s(i)＝s1(i)
‑
s2(i)。
[0022]建立平面度误差关系式如下：
[0023]s(i)＝r(i)
‑
r(i+m1)
[0024]其中，r(i)、r(i+m1)分别为两个非接触位移传感器同一时刻所在检测点的平面度误差；m1为两个非接触位移传感器对同一采样位置的滞后采样次数，其表达式为α1为两个非接触位移传感器相对于转动轴线的相位差；f为非接触位移传感器的采样频率；ω为两个非接触位移传感器的转动角速度。
[0025]求解步骤中的关系式，得到平面度误差向量R＝{r(1),r(2),...,r(N)}。
[0026]作为优选，主轴转动的过程中，球杆仪检测自身两个精密球的球心距变化，得到径向误差向量ΔR；计算被测机床的X轴误差向量ΔX和Y轴误差向量ΔY如下：
[0027]Δx
i
＝Δr
i
×
sinθ
i
[0028]Δy
i
＝Δr
i
×
cosθ
i
[0029]其中，Δr
i
为径向误差向量ΔR中的第i个元素，Δx
i
、Δy
i
分别为X轴误差向量ΔX和Y轴误差向量ΔY中的第i个元素。θ
i
为球杆仪第i次采样时主轴相对于初始位置的转动角度。
[0030]本专利技术具有的有益效果是：
[0031]1、本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：包括行星轮系结构、第一非接触位移传感器(8)、第二非接触位移传感器(9)、第三非接触位移传感器(13)、第四非接触位移传感器(14)、第一基准板(11)、第二基准板(17)和中心支座(16)；所述的行星轮系结构包括第一转盘(6)、连接架、安装盘(1)和第二转盘(15)；测量过程中，第二基准板(17)固定在被测机床的工作台上；第一转盘(6)转动连接在被测机床的主轴(7)上；第一基准板(11)固定在被测机床的主轴(7)上；所述的中心支座(16)固定在第二基准板(17)上；第二转盘(15)转动连接在中心支座(16)上；第二转盘(15)与安装盘(1)连接，其仅沿第二转盘(15)的切向进行力传递；安装盘(1)与第一转盘(6)通过连接架固定；所述的第一转盘(6)上固定有第一非接触位移传感器(8)和第二非接触位移传感器(9)；安装盘(1)上固定有第三非接触位移传感器(13)和第四非接触位移传感器(14)；第一非接触位移传感器(8)和第二非接触位移传感器(9)均朝向第一基准板(11)，且到第一转盘(6)中心轴线的距离一致；第三非接触位移传感器(13)和第四非接触位移传感器(14)均朝向第二基准板(17)，且到第二转盘(15)中心轴线的距离一致。2.根据权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：还包括球杆仪(12)和工具杯(4)；工具杯(4)固定在第一基准板(11)的底面；工具杯(4)与主轴(7)同轴设置；工具杯(4)的底端和中心支座(16)的顶端设置有锥窝；球杆仪(12)连接在工具杯(4)与中心支座(16)的锥窝之间；球杆仪(12)一端的精密球通过磁力吸附在工具杯(4)的底端。3.根据权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：所述的球杆仪(12)水平设置。4.根据权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：所述的第二转盘(15)侧部固定有竖直导杆；安装盘(1)的侧部固定有限位块(2)；限位块(2)上开设有力传递通槽；竖直导杆插入力传递通槽中；竖直导杆在力传递通槽中均能够沿第二转盘(15)的轴向和径向均能够自由移动。5.根据权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：第一非接触位移传感器(8)位于第三非接触位移传感器(13)的正上方；第二非接触位移传感器(9)位于第四非接触位移传感器(14)的正上方。6.根据权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：第一非接触位移传感器(8)、第二非接触位移传感器(9)、第三非接触位移传感器(13)和第四非接触位移传感器(14)均采用电容位移传感器。7.根据权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置，其特征在于：第一非接触位移传感器(8)、第二非接触位移传感器(9)、第三非接触位移传感器(13)和第四非接触位移传感器(14)采用电感位移传感器、激光三角法位移传感器、激光共焦传感器和激光干涉仪中的任意一种。8.一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种位移传感器和球杆仪结合的机床空间误差测量装置；该测量方法包括以下步骤：步骤一、主轴(7)在被测机床的带动下进行圆弧插补运动，绕中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，岳树清，许凯飞，方威，王家豪，张恒毅，陈占锋，卢科青，王传勇，杨贺，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：