【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及设备校准，更具体的涉及一种用于评价微纳米量级的高精度增材制造设备的综合制造精度实施计量校准的方法及系统。
技术介绍
1、增材制造技术又称为3d打印技术，是一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状、颗粒状等多种形态的金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来制备工件的技术。与传统的冷加工切削工艺相比，由于增材制造技术为逐层打印，因而可以避免传统加工工艺中刀具无法到达的缺陷，使该技术更加适用于形状不规则、结构复杂的工件。近年来，随着增材制造技术的迅猛发展，该技术越来越多的应用于航空航天、生物医疗、工业设计、汽车制造等领域。与此同时，增材制造技术的制造精度也在逐步提升中。
2、目前，较为先进的增材制造设备的加工精度已经可以到达微纳米量级，使得高精度增材制造设备的精度问题开始受到关注。为保证增材制造设备所制备的工件其尺寸参数能够满足质量控制要求，保证增材制造设备的综合精度可以与国家计量溯源体系建立联系，亟需提出针对高精度增材制造设备的综合精度计量方法。
3、对于用于评价增材制造设备综合精度的计量方法，现阶段国内对此方面的研究较少，现有技术中针对常规精度增材制造设备，主要是利用通用量具对测试件几何尺寸进行测量，无法达到综合评价目的。虽然增材制造设备属于三维加工设备，其三轴运动使得整个机器理论上可以具有至少21项系统误差来源，但现有技术在测量过程中无法建立与增材制造设备重合的坐标系，导致测量精度不高，且目前已公布的方法需要利用多达5种以上的不同测试件实现对设备精度的评价，无法对设备进
技术实现思路
1、针对上述领域中存在的问题，本专利技术提出了一种增材制造设备的制备精度评价方法，能够解决现有技术在测量过程中无法建立与增材制造设备重合的坐标系，导致测量精度不高，且目前已公布的方法需要利用多达5种以上的不同测试件实现对设备精度的评价，无法对设备进行综合评价的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种增材制造设备的制备精度评价方法，包括以下步骤：
3、根据被计量的增材制造设备的工作空间尺寸的长、宽和高，计算长宽比；当长宽比小于2时，确定制备一个测试件，否则沿工作空间长边方向均匀制备两件同种类型的测试件；
4、确定测试件的结构和尺寸，并通过被计量的增材制造设备制备测试件；其中，所述测试件包括盘型底座，所述盘型底座的底面开设有定位孔和多个角度标定孔，所述盘型底座的底面向上固定设置有半球体和多个尺寸依次减小的长度标定圆柱；所述盘型底座、定位孔、半球体、多个角度标定孔和长度标定圆柱与被计量的增材制造设备的工作空间的三维尺寸呈现相应的函数关系；
5、利用三维计量设备建立工件坐标系，测量制备的测试件的盘型底座的底面及外圆柱面、定位孔内圆柱面相应的长度尺寸和角度，获得测量尺寸数据；
6、根据获得的测量尺寸数据与测试件在制备时的理论尺寸数据，计算示值误差e和均方根值rms，根据示值误差e和均方根值rms，对被计量的增材制造设备的制备精度进行评价。
7、优选地，所述计算长宽比，包括以下步骤：
8、获取被计量的增材制造设备的工作空间的三维尺寸的长、宽和高；
9、定义a为被计量的增材制造设备工作空间的长，b为被计量的增材制造设备工作空间的宽，且a＞b；定义预设值为2，测试件在制备时，测试件的数量与位置应满足以下条件：
10、当时，在工作空间中心制备一件测试件；
11、当时，沿工作空间长边方向均匀制备两件同种类型的测试件；
12、令：
13、
14、
15、计算测试件的特征尺寸，并进行尺寸换算。
16、优选地，所述确定测试件的结构和尺寸，并通过被计量的增材制造设备制备测试件，包括以下步骤：
17、通过计算第一几何特征尺寸、第二几何特征尺寸和第三几何特征尺寸；
18、其中，多个所述角度标定孔分别为第一角度标定孔、第二角度标定孔、第三角度标定孔和第四角度标定孔；多个所述长度标定圆柱分别为第一长度标定圆柱、第二长度标定圆柱、第三长度标定圆柱和第四长度标定圆柱；
19、所述第一几何特征尺寸包括：盘型底座的外径为d、盘型底座的壁厚为l、盘型底座的底厚为、盘型底座的总高为h；定位孔的直径为；第一角度标定孔的直径为、第二角度标定孔的直径为、第三角度标定孔的直径为、第四角度标定孔的直径为；第一长度标定圆柱的直径为和高度为、第二长度标定圆柱的直径为和高度为、第三长度标定圆柱的直径为和高度为、第四长度标定圆柱的直径为和高度为，所述半球体的球半径为sr，单位均为mm；
20、根据该测试件的第一几何特征尺寸与被计量的增材制造设备工作空间的三维尺寸的关系符合式(1)：
21、 (1)
22、式中，增材制造设备工作空间的三维尺寸的长宽高为a×b×c，其中，a＞b；
23、所述第二几何特征尺寸包括：定位孔与盘型底座的圆心距、第一角度标定孔与第三角度标定孔的孔心距、第二角度标定孔与第四角度标定孔的孔心距、第一长度标定圆柱与第三长度标定圆柱的圆心距、第二长度标定圆柱与第四长度标定圆柱的圆心距，单位均为mm；
24、其中，圆心距、、、和分别为投影在测试件底座的底面平面上的尺寸；
25、所述第二几何特征尺寸与测试件的盘型底座外径d之间的关系符合式(2)：
26、 (2)
27、所述第三几何特征尺寸包括夹角、、和的角度尺寸；
28、以盘型底座的外圆圆心指向定位孔的圆心的连线为x轴正方向，以盘型底座的底面为xy平面，指向实体的方向为z轴正方向，以盘型底座的外圆圆心在xy平面的投影作为坐标原点；
29、在该坐标系下，将测试件所有组成部分投影在xy平面上，获得第一长度标定圆柱与第三长度标定圆柱的圆心连线与x轴正方向的夹角为；第二长度标定圆柱与第四长度标定圆柱的圆心连线与x轴正方向的夹角为；第一角度标定孔与第三角度标定孔的圆心连线与x轴正方向的夹角为；第二角度标定孔与第四角度标定孔的圆心连线与x轴正方向的夹角为；
30、所述第三几何特征尺寸与被计量的增材制造设备工作空间的三维尺寸的关系符合式(3)：
31、 (3)。
32、优选地，还包括对制备的测试件进行预处理，包括以下步骤：
33、对测试件进行表面清洁，去除表面残留的材料粉末、灰尘、油脂；
34、将测试件放置于计量室的工作台上，至少进行4h以上的温度平衡，获得处理后的制备的测试件。
35、优选地，所述获得测量尺寸数据，包括以下步骤：
36、利用高精度三坐标测量机，建立工件坐标系对处理后的制备的测试件的几何特征尺寸进行测量；
37、测量时建立的工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述计算长宽比，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述确定测试件的结构和尺寸，并通过被计量的增材制造设备制备测试件，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，还包括对制备的测试件进行预处理，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述获得测量尺寸数据，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述建立工件坐标系，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述对被计量的增材制造设备的制备精度进行评价，包括以下步骤：
8.一种增材制造设备的制备精度评价系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述计算长宽比，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，所述确定测试件的结构和尺寸，并通过被计量的增材制造设备制备测试件，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的增材制造设备的制备精度评价方法，其特征在于，还包括对制备的测试件进行预处理，包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛斌，王景凡，李勍，周秉直，杨宁，冯斐，黄璐琦，
申请(专利权)人：陕西省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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