一种考虑误差耦合的数控机床几何误差测量辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑误差耦合的数控机床几何误差测量辨识方法，首先建立目标轴的坐标系，其次在目标轴坐标系中建立测量坐标系，基于多体系统理论以及其次坐标变换建立机床目标轴的空间几何误差辨识模型，并考虑机床实际运动过程中的误差耦合情况，将误差耦合分量代入空间几何误差辨识模型，得到机床空间几何误差辨识方程，在机床行程空间内确定测量线与测量点。将测量所得数据代入空间几何误差辨识方程，即可快速获得机床平动轴3个定位误差、6个直线度误差、9个转角误差和3个垂直度误差。本发明专利技术能够快速辨识机床平动轴21项几何误差数据，并且考虑误差耦合情况，测量精度高、测量速度快，测量效率高，为机床误差补偿提供了理论依据。论依据。论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑误差耦合的数控机床几何误差测量辨识方法


[0001]本专利技术属于数控机床几何误差测量
，具体涉及一种考虑误差耦合的数控机床几何误差3线15次测量辨识方法。

技术介绍

[0002]数控机床作为现代制造加工业的“工业母机”，可用于加工各种复杂曲面。随着制造业加工水平的快速发展，如何提高数控机床的加工精度成为当下研究热点。在机床的各种误差源中，几何误差和热误差占据着绝大部分，目前，大多数工厂都配备恒温车间用于机床加工，这一方法可以有效减小热误差对机床精度的影响，但是，几何误差的影响依旧无法减小或消除。因此，如何有效的降低几何误差对机床加工精度的影响是目前的研究重点与难点。
[0003]精确测量得到各个几何误差项是降低几何误差对加工精度影响的前提，对于平动轴来说，每个轴包含1个定位误差、2个直线度误差、3个转角误差。且又由于3个轴两两之间存在一个垂直度误差，因此，机床3个平动轴共包含21项几何误差。误差测量的精度将直接影响机床误差补偿的精度，一般来说，误差测量可分为两大类：直接测量与间接测量。直接测量误差分量更精确，更便捷，但是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑误差耦合的数控机床几何误差测量辨识方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，步骤1，根据多体系统理论与齐次坐标变换理论，推导数控机床几何误差辨识矩阵：在数控机床X轴坐标系中，选取一点a1(x1,y1,z1)，并基于这一点建立数控机床的测量坐标系，(x1,y1,z1)为数控机床的测量坐标系相对于数控机床的X轴坐标系的偏移量；在数控机床的测量坐标系中选取一点a2(x2,y2,z2)作为测量点，(x2,y2,z2)为数控机床测量坐标系下的a2点的坐标值，a2点沿数控机床X轴方向运动指令距离x后，到达运动终点a3(x3,y3,z3)，(x3,y3,z3)为数控机床测量坐标系下的a3点的坐标值；将数控机床X轴坐标系下3个点的坐标称为理想状态下的坐标，将数控机床测量坐标系下3点坐标称为实际状态下的坐标；设数控机床X轴的运动矩阵x为数控机床导轨沿X轴运动的指令距离；数控机床的测量坐标系相对于数控机床X轴坐标系的偏移矩阵(x1,y1,z1)为数控机床的测量坐标系相对于数控机床的X轴坐标系的偏移量；数控机床导轨沿X轴运动时在数控机床的X轴坐标系中产生的误差矩阵为：产生的6项几何误差元素分别为：沿数控机床X轴方向的定位误差δ
x
(X)，沿数控机床Y轴方向的直线度误差δ
y
(X)，沿数控机床Z轴方向的直线度误差δ
z
(X)、绕数控机床X轴的滚转误差ε
x
(X)，绕数控机床Y轴的俯仰误差ε
y
(X)，绕数控机床Z轴的偏摆误差ε
z
(X)；
①
实际状态下，根据齐次坐标变换规则，数控机床测量坐标系下运动终点a3与测量点a2的坐标关系可由下式计算得出，即将a2点坐标值左乘一个数控机床导轨沿X轴运动时在数控机床的X轴坐标系中产生的误差矩阵E
x
，再左乘一个数控机床X轴的运动矩阵T
x
；其中，角标T表示矩阵的转置；则(1)式为实际状态即数控机床测量坐标系下运动终点a3与测量点a2间的坐标变换关
系；
②
理想状态下，根据齐次坐标变换规则，数控机床X轴坐标系下运动终点a3与测量点a2的坐标关系可由下式计算得出，即将a2点坐标值左乘一个数控机床导轨沿X轴运动时在数控机床的X轴坐标系中产生的误差矩阵E
x
，再左乘一个数控机床X轴的运动矩阵T
x
，再左乘一个数控机床的测量坐标系相对于数控机床X轴坐标系的偏移矩阵T
d
；(2)式为实际状态即数控机床X轴坐标系下a3点与a2点间的坐标变换关系；若要将实际状态即数控机床测量坐标系下运动终点a3点坐标变换到理想状态即数控机床X轴坐标系下，则(1)式还需左乘一个数控机床的测量坐标系相对于数控机床X轴坐标系的偏移矩阵T
d
:(3)式为实际状态即数控机床测量坐标系下a3点坐标与理想状态即数控机床X轴坐标系下的坐标变换关系；(2)式与(3)式左右两边分别相等，则可推导出如下关系式：则(4)式为数控机床X轴几何误差的辨识矩阵；步骤2，计算数控机床直线度误差对定位误差的影响：对于数控机床沿Y轴方向的直线度，使用激光干涉仪测量时需要用到直线度测量镜组，直线度测量镜组包括直线度干涉镜与直线度反射镜，测量时，将直线度干涉镜安装在数控机床主轴箱上，而直线度反射镜需要安装在数控机床导轨上，二者处于同一水平面且均垂直于导轨，因此数控机床沿Y轴方向的直线度对定位误差无影响；对于数控机床沿Z轴方向直线度误差来说，误差为0时，激光干涉仪所测导轨沿X轴方向的运动距离为x；若误差不为0，则激光干涉仪所测导轨沿X轴方向的运动距离为x
′
，数控机床沿Z轴方向直线度误差对数
控机床定位误差的影响由下式计算得到：δ
x
(X)
′
＝(z1·
δ
z
(X)+δ
z
(X)2)/x其中，δ
x
(X)
′
为数控机床沿Z轴方向的直线度误差对数控机床沿X轴方向的定位误差的影响值，z1为测量点a1位于数控机床X轴坐标系中的Z坐标，δ
z
(X)为数控机床导轨沿X轴运动时沿Z轴方向的直线度误差值，x为数控机床导轨沿X轴的指令进给距离；则数控机床导轨沿X轴的实际定位误差δ
x
(X)可由下式计算得出：其中，D
x
(X)为激光干涉仪测量得到的定位误差数据；步骤3，计算数控机床转角误差对数控机床直线度误差的影响：数控机床导轨沿X轴运动指令距离x后，激光干涉仪所测量的数控机床沿Y轴方向的直线度误差数据实际上是数控机床...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭世杰，季泽平，唐术锋，宋晓文，邹云鹤，张学炜，何晓东，宋晓娟，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：