一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，基于参考坐标系下不同A值下绕C轴旋转圆的坐标信息，将旋转圆的圆心拟合得到绕A轴旋转圆的坐标信息；由绕C轴旋转圆的坐标信息和绕A轴旋转圆的坐标信息，得到AC轴连接刚性；对各个A轴姿态下的机台都建立实际坐标系，用理论坐标系与实际坐标系的转换向量来描述AC轴的连接刚性；对AC轴连接刚性进行误差补偿，对不同A轴姿态下的理论坐标系与实际坐标系的旋转向量进行误差补偿，实现不同A轴姿态下理论坐标系TheoryCoordinate与实际坐标系Coordinate的相互转换。本发明专利技术通过坐标信息即可判断AC轴连接刚性，操作方便，具有较好的实用性。较好的实用性。较好的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法


[0001]本专利技术属于五轴机轴连接刚性检测补偿的
，具体涉及一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法。

技术介绍

[0002]五轴机器相较于传统三轴机器，具有加工精度更高、加工效率更高、能加工结构更复杂的工件等特点，在市场上更具竞争优势。同时也因两个旋转轴的增加，五轴机器的机械结构变得更为复杂，加之机器机械结构自身存在的几何误差，机器运行时带来的磨损误差等，这些因素对于标定五轴机器几何结构参数，消除各项误差提出了不小挑战。
[0003]市面上五轴机器主要分为双转台结构、单摆台
‑
单转台结构、双摆头结构三种，根据不同的机械结构建立相对应的几何数学模型，通过水平仪、球杆仪等仪器测量旋转轴的径向、轴向、切向的轴线偏差，计算旋转轴的偏心率等数据进行转动轴检测。对一些五轴机旋转轴存在的连接刚性问题没有较好的描述和检测方法。
[0004]因此，本专利技术提供了一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，本专利技术利用机台上的一点绕C轴转动圆在参考坐标系下的几何图形信息，对AC轴的连接刚性情况提出用理论法向量和实际法向量对比，理论坐标系与实际坐标系的转换矩阵的方式来描述。AC轴连接刚性进行误差补偿实现标定技术，可以提升五轴机的加工精度，并对AC轴存在问题的设备仍可以改善使用，可广泛应用于当前各种五轴设备之上。连接刚性的描述方式及误差补偿，可供机械转动轴连接参考。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，旨在解决上述问题。
[0006]本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0007]一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，包括可相互转换的机械坐标系和参考坐标系，以机械坐标系的原点处激光发射的位置为原点建立参考坐标系，包括以下步骤：
[0008]步骤S100：得到参考坐标系下不同A值下绕C轴旋转圆的坐标信息，由不同A值下绕C轴旋转圆的圆心拟合得到绕A轴旋转圆CircleA的坐标信息；
[0009]步骤S200：由绕C轴旋转圆的坐标信息和绕A轴旋转圆的坐标信息，得到AC轴连接刚性；对各个A轴姿态下的机台都建立实际坐标系，用理论坐标系与实际坐标系的转换向量来描述AC轴的连接刚性；
[0010]步骤S300：对AC轴连接刚性进行误差补偿，对不同A轴姿态下的理论坐标系与实际坐标系的旋转向量进行误差补偿，实现不同A轴姿态下理论坐标系TheoryCoordinate与实际坐标系Coordinate的相互转换；
[0011]步骤S400：实现五轴机机械标定。
[0012]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤S100中，采用激光测距仪得到球心的机械坐标，得到在A轴不同角度下，分别让C轴转动的一系列机台上同一点的机械坐标，设该点机械坐标包括XYZ轴的机械坐标coordXYZ
M
＝[X
i
,Y
i
,Z
i
]T
，A轴、C轴的机械坐标coordAC
M
＝[A
i
,C
i
]T
，将机械坐标转换到参考坐标系下得到对应的参考系坐标。
[0013]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤S200包括以下步骤：
[0014]步骤S210：设在A轴旋转若干次相同角度时，分别得到对应的绕C轴旋转的若干个圆Circle1,Circle2,Circle3,
…
,Circle
m
，对于每个圆有对应的圆心cpt1,cpt2,cpt3,
…
,cpt
m
，还有对应的单位法向量cn1,cn2,cn3,
…
,cn
m
；以A为0时标定球绕C轴旋转的圆圆心cpt5和单位法向量cn5为基准；
[0015]步骤S220：建立A轴不同位姿下的实际坐标系：对于每个A轴姿态下的点在Circle1,Circle2,Circle3,
…
,Circle
m
中，都会有一个C轴坐标为0时的标定球，参考系坐标设为cPointInitial1,cPointInitial2,...,cPointInitialm，圆心cpt1,cpt2,cpt3,
…
,cpt
m
到对应坐标cPointInitial1,cPointInitial2,...,cPointInitialm的向量为vecInitial1,vecInitial2,
…
,vecInitialm；对于Circle1，以cpt1位原点、vecInitial1为X轴、cn1为Z轴建立笛卡尔坐标系并设为Coordinate1，同样的，对Circle2,Circle3,...,Circlem建立对应的笛卡尔坐标系Coordinate2,Coordinate3,...,Coordinatem，即为各个A值下的实际坐标系；
[0016]步骤S230：得到建立A轴不同位姿下的理论坐标系：以A为0时建立的实际坐标系Coordinate5为基准，由CircleA圆信息可以得到cpt5到cpt1绕A轴旋转的旋转角度为disAngle，则将Coordinate5绕A轴旋转disAngle得到理论上的坐标系TheoryCoordinate1；再由CircleA圆信息可以得到cpt5到cpt2绕A轴旋转的旋转角度为disAngle，则将Coordinate5绕A轴旋转disAngle得到理论上的坐标系TheoryCoordinate2；同理，将Coordinate5绕A轴旋转可以得到一系列A不同值时理论上的坐标系TheoryCoordinate1，TheoryCoordinate2,...,TheoryCoordinatem；
[0017]步骤S240：建立理论坐标系与实际坐标系之间的联系，并用旋转向量来描述AC轴的连接刚性：对于Coordinate1和TheoryCoordinate1，由于两坐标系的原点均为cpt1，两个坐标系均为笛卡尔直角坐标系，则可以用一个旋转矩阵来建立两坐标系的联系，计算如下：
[0018]设Coordinate1坐标系在参考坐标系中XYZ轴方向分别为向量e1，e2，e3；TheoryCoordinate1坐标系在参考坐标系XYZ轴方向单位向量分别为e
t1
，e
t2
，e
t3
；设理论坐标系TheoryCoordinate1到实际坐标系Coordinate1的旋转矩阵为matR，则[e
1 e
2 e3]＝matR
×
[e
t1 e
t2 e
t3
]；得到matR＝[e
1 e
2 e3][e
t1 e
t2 e
t3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，包括可相互转换的机械坐标系和参考坐标系，以机械坐标系的原点处激光发射的位置为原点建立参考坐标系，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：得到参考坐标系下不同A值下绕C轴旋转圆的坐标信息，由不同A值下绕C轴旋转圆的圆心拟合得到绕A轴旋转圆CircleA的坐标信息；步骤S200：由绕C轴旋转圆的坐标信息和绕A轴旋转圆的坐标信息，得到AC轴连接刚性；对各个A轴姿态下的机台都建立实际坐标系，用理论坐标系与实际坐标系的转换向量来描述AC轴的连接刚性；步骤S300：对AC轴连接刚性进行误差补偿，对不同A轴姿态下的理论坐标系与实际坐标系的旋转向量进行误差补偿，实现不同A轴姿态下理论坐标系TheoryCoordinate与实际坐标系Coordinate的相互转换；步骤S400：实现五轴机机械标定。2.根据权利要求1所述的一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S100中，采用激光测距仪得到球心的机械坐标，得到在A轴不同角度下，分别让C轴转动的一系列机台上同一点的机械坐标，设该点机械坐标包括XYZ轴的机械坐标coordXYZ
M
＝[X
i
,Y
i
,Z
i
]
T
，A轴、C轴的机械坐标coordAC
M
＝[A
i
,C
i
]
T
，将机械坐标转换到参考坐标系下得到对应的参考系坐标。3.根据权利要求1所述的一种摇篮式五轴机AC轴连接刚性检测及误差补偿方法，其特征在于，所述步骤S200包括以下步骤：步骤S210：设在A轴旋转若干次相同角度时，分别得到对应的绕C轴旋转的若干个圆Circle1,Circle2,Circle3,
…
,Circle
m
，对于每个圆有对应的圆心cpt1,cpt2,cpt3,
…
,cpt
m
，还有对应的单位法向量cn1,cn2,cn3,
…
,cn
m
；以A为0时标定球绕C轴旋转的圆圆心cpt5和单位法向量cn5为基准；步骤S220：建立A轴不同位姿下的实际坐标系：对于每个A轴姿态下的点在Circle1,Circle2,Circle3,
…
,Circle
m
中，都会有一个C轴坐标为0时的标定球，参考系坐标设为cPointInitial1,cPointInitial2,...,cPointInitialm，圆心cpt1,cpt2,cpt3,
…
,cpt
m
到对应坐标cPointInitial1,cPointInitial2,...,cPointInitialm的向量为vecInitial1,vecInitial2,
…
,vecInitialm；对于Circle1，以cpt1位原点、vecInitial1为X轴、cn1为Z轴建立笛卡尔坐标系并设为Coordinate1，同样的，对Circle2,Circle3,...,Circlem建立对应的笛卡尔坐标系Coordinate2,Coordinate3,...,Coordinatem，即为各个A值下的实际坐标系；步骤S230：得到建立A轴不同位姿下的理论坐标系：以A为0时建立的实际坐标系Coordinate5为基准，由CircleA圆信息可以得到cpt5到cpt1绕A轴旋转的旋转角度为disAngle，则将Coordinate5绕A轴旋转disAngle得到理论上的坐标系TheoryCoordinate1；再由CircleA圆信息可以得到cpt5到cpt2绕A轴旋转的旋转角度为disAngle，则将Coordinate5绕A轴旋转disAngle得到理论上的坐标系TheoryCoordinate2；同理，将Coordinate5绕A轴旋转可以得到一系列A不同值时理论上的坐标系TheoryCoordinate1，TheoryCoordinate2,...,TheoryCoordinatem；步骤S240：建立理论坐标系与实际坐标系之间的联系，并用旋转向量来描述AC轴的连
接刚性：对于Coordinate1和TheoryCoordinate1，由于两坐标系的原点均为cpt1，两个坐标系均为笛卡尔直角坐标系，则可以用一个旋转矩阵来建立两坐标系的联系，计算如下：设Coordinate1坐标系在参考坐标系中XYZ轴方向分别为向量e1，e2，e3；TheoryCoordinate1坐标系在参考坐标系XYZ轴方向单位向量分别为e
t1
，e
t2
，e
t3
；设理论坐标系TheoryCoordinate1到实际坐标系Coordinate1的旋转矩阵为matR，则[e
1 e2e3]＝matR
×
[e
t1 e
t2 e
t3
]；得到matR＝[e
1 e
2 e3][e
t1 e
t2 e
t3
]
‑1；旋转向量的方向即为C轴在A轴上的连接偏转所绕的轴，旋转向量的模即为C轴在A轴上的连接偏转的大小程度；设用一旋转向量rotateVec1来表示理论坐标系与实际坐标系的转换关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡智龙，安志琨，周维，杨金壁，
申请(专利权)人：成都乐创自动化技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：