【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机床精度检测，特别是涉及一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法。
技术介绍
1、垂直度误差是平动轴几何误差的重要组成部分，作为描述各轴趋势性变化的几何误差，其数量级较大，重要程度也相对较高。传统检测主要采用大理石方尺局部直接测量的方法，效率低且精度有限，难以满足机床日常监测保障需求。
2、现有技术中，提出了公开号为cn112008492a，公开日为2020年12月01日的中国专利技术专利文件，以及任永强等人(任永强，杨建国，沈金华等.基于体对角线的机床垂直度误差的高效测量分析[j].中国机械工程，2005，16(6)：1435-1438)均提出了一种基于对角线的垂直度误差辨识方法。上述2种方法均需要利用激光干涉仪进行测量，但激光干涉仪的安装、调光等步骤比较耗时，依赖操作人员的技术水平，也面临着效率低的情况。
3、现有技术中，提出了公开号为cn110794766a，公开日为2020年02月14日的中国专利技术专利文件，提出了一种基于球杆仪测量数控机床垂直度误差的辨识方法，通过三个轴同步沿曲面s形轨迹运动，得到球杆仪测量误差与垂直度误差之间的辨识方程组。该检测方法较为新颖，但球杆仪本身仅能检测轴向误差，且检测点数太多，运算时间长，限制了检测方法的应用效率。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，能实现机床垂直度误差的准确计算。
2、本专利技术是通过采用下述技术方
3、一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，包括以下步骤：
4、步骤s1.设置垂直度误差元素，结合齐次坐标矩阵变换原理，构建机床垂直度误差影响下的刀尖点空间误差模型；
5、步骤s2.根据机床拓扑结构，设置基于rtcp的五轴联动检测轨迹，利用r-test仪器测量检测轨迹运行中的误差数据；
6、步骤s3.选择检测轨迹中的旋转轴角度组合，建立基于检测轨迹指定位置的垂直度误差辨识方程组，完成机床垂直度误差的解耦。
7、所述步骤s1中机床垂直度误差影响下的刀尖点空间误差模型为：
8、
9、式中，y表示y轴运动坐标值，z表示z轴运动坐标值，l表示转心距与刀长值之和，sxy表示x轴与y轴间的角度误差，sxz表示x轴与z轴间的角度误差，syz表示y轴与z轴间的角度误差。
10、所述步骤s1具体包括以下步骤：
11、步骤s11.根据iso标准定义，以x轴为测量基准参考轴，y轴的误差运动变换矩阵以及z轴的误差运动变换矩阵为：
12、
13、式中，sxy表示x轴与y轴间的角度误差，sxz表示x轴与z轴间的角度误差，syz表示y轴与z轴间的角度误差；
14、步骤s12.处于机床运动链末端的刀具刀尖点偏离理论指令点，从而形成空间误差为：
15、
16、式中，tx、ty、tz分别表示机床x轴、y轴、z轴的理论平移运动矩阵：
17、
18、式中，x、y、z分别表示机床x轴运动坐标值、y轴运动坐标值、z轴运动坐标值；ptool＝[0 0 -l 1]，表示理论刀尖点坐标；l表示转心距与刀长值之和；
19、因此，机床垂直度误差影响下的刀尖点空间误差模型为：
20、
21、所述步骤s2中利用r-test仪器测量检测轨迹运行中的误差数据，具体包括以下步骤：
22、步骤s21.在r-test仪器端设置采样阈值value以及总采样数t；
23、步骤s22.在rtcp模式下，当机床旋转轴运动到(ai,ci)暂停时，自动判断球心误差数据(eix,eiy,eiz)实时波动情况，即若同时满足下式，则记录当前位置下的球心误差数据：
24、eix＜value∩eiy＜value∩eiz＜value；
25、其中，(ai,ci)为旋转轴a轴、c轴形成五轴联动检测轨迹，得到一系列的a轴角度、c轴角度的运动角度组合；
26、步骤s23.重复上述采样工作，直至当前采样数达到已设置的总采样数t。
27、还包括步骤s24，将上述误差数据保存为每个角度组合下的误差数据文件。
28、所述步骤s22中，五轴联动检测轨迹线在空间中呈螺旋形变曲率特点。
29、所述步骤s22中，当机床旋转轴运动到(ai,ci)暂停时，暂停时间为5秒。
30、所述步骤s3具体包括以下步骤：
31、步骤s31.在五轴联动检测轨迹中，选择任意一组运动角度组合(ai,ci)时，机床坐标轴的各轴运动坐标变化如下：
32、
33、此时，受垂直度误差的影响，由机床坐标轴运动变化引起的空间误差为：
34、
35、式中，perror,i表示检测轨迹下第i个运动角度组合时的空间误差向量；
36、步骤s32.将所有运动角度组合的空间误差向量与所有实测得到的球心误差数据对应起来，得到垂直度误差辨识方程组，并化简为矩阵形式如下：
37、h·v＝b
38、其中：
39、
40、
41、
42、步骤s33.根据超定方程组的最小二乘解知：
43、v＝(hth)-1(htb)
44、至此，v中各元素值完成了最小二乘的近似求解，即机床垂直度误差完成解耦。
45、所述步骤s31中，在五轴联动检测轨迹中选择由特定角度组成的运动角度组合(aj:15°*j,cj:30°*j)，j∈i,j≥2。
46、所述步骤s22中，运动角度组合(ai,ci)的具体获得方法为：
47、对旋转轴a轴、c轴进行运动角度设置，具体为：
48、
49、式中，posa、posc分别表示a轴最大运动角度、c轴最大运动角度；t＝δt*i，表示采样总数；δt＝π/num，num>10，δt表示设置的合理间隔；
50、从而得到一系列a轴角度、c轴角度的运动角度组合(ai,ci)，i表示第i个运动角度组合。
51、与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
52、1、本专利技术提出了一条具有变曲率螺旋形特征的五轴联动检测轨迹，将原本需在空间中进行机床平动轴的三轴联动，利用rtcp的特点创新性集成到了旋转轴运动中，并借助r-test仪器快速完成因垂直度误差导致的刀尖点误差的数据采集，且变曲率特征能够实现三个平动轴不同进给量的运动，进一步暴露出因垂直度误差可能导致的三轴存在的同步运动缺陷。
53、2、本专利技术通过选择五轴联动检测轨迹的指定位置数据，构建了垂直度误差辨识方程组，且最少仅需要2个不同位置的数据即可完成垂直度误差的解耦，实用性更强，计算效率更高，大幅提高机床垂直度误差的检测效率。
54、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S1中机床垂直度误差影响下的刀尖点空间误差模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1或2所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S2中利用R-test仪器测量检测轨迹运行中的误差数据，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：还包括步骤S24，将上述误差数据保存为每个角度组合下的误差数据文件。
6.根据权利要求4所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S22中，五轴联动检测轨迹线在空间中呈螺旋形变曲率特点。
7.根据权利要求4所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤
8.根据权利要求4所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S31中，在五轴联动检测轨迹中选择由特定角度组成的运动角度组合(Aj:15°*j,Cj:30°*j)，j∈i,j≥2。
10.根据权利要求4所述的一种基于R-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤S22中，运动角度组合(Ai,Ci)的具体获得方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤s1中机床垂直度误差影响下的刀尖点空间误差模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤s1具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1或2所述的一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：所述步骤s2中利用r-test仪器测量检测轨迹运行中的误差数据，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于r-test仪器的机床垂直度误差计算方法，其特征在于：还包括步骤s24，将上述误差数据保存为每个角度组合下的误差数据文件。
6.根据权利要求4所述的一种基于r-test仪器的机床...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋云峰，朱绍维，谢睿，丁启程，沈昕，陶文坚，代良强，费亚，熊虎山，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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