專利名稱：基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)床誤差處理方法，特別涉及一種基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
機(jī)床的精度與精度穩(wěn)定性是機(jī)床的重要技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，機(jī)床的誤差單純依靠提高零件設(shè)計(jì)、制造和裝配來提高機(jī)床的精度并達(dá)到高精度較難實(shí)現(xiàn)。因此，誤差補(bǔ)償則是數(shù)控機(jī)床提高精度的主要方式之一。
現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償方法較為常見的有:實(shí)物基準(zhǔn)測量法、激光干涉測量法、正交光柵測量法、球桿儀等，由于激光干涉儀具有較高的精度，因而激光干涉測量法在機(jī)床誤差補(bǔ)償中較為普遍，但激光干涉測量法檢測周期較長；而上述其它方法在檢測效率和檢測精度以及通用性上也存在著不足，不能滿足高精度、快速的檢測要求；特別是對于數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)誤差的補(bǔ)償，存在著明顯的不足。
因此，需要一種適合于對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，能夠適用于由于環(huán)境和機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差補(bǔ)償，且能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償機(jī)床誤差，具有高精度、高效率、實(shí)時(shí)跟蹤測量、安裝快捷和操作簡單等特點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，能夠適用于由于環(huán)境和機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差補(bǔ)償，且能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償機(jī)床誤差，具有高精度、高效率、實(shí)時(shí)跟蹤測量、安裝快捷和操作簡單等特點(diǎn)。
本發(fā)明的基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，包括下列步驟；
a.機(jī)床啟動(dòng)并執(zhí)行數(shù)控程序，通過激光跟蹤儀獲取機(jī)床主軸箱上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)，并輸送至計(jì)算機(jī)；
b.將步驟a獲取的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)與計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的機(jī)床主軸箱上的刀尖理論運(yùn)行軌跡相比較，建立三維空間誤差模型，由三維空間誤差模型分解出機(jī)床主軸箱上的刀尖各個(gè)自由度方向上的誤差分量；
c.將步驟b獲得的誤差分量與計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的誤差極限值進(jìn)行比較；誤差分量與誤差極限值比較后如果誤差值在誤差允許的范圍內(nèi)則機(jī)床繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行數(shù)控程序，激光跟蹤儀繼續(xù)獲取機(jī)床主軸箱上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)并重復(fù)步驟b ;否則，計(jì)算機(jī)向機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出誤差補(bǔ)償命令，由數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償。
進(jìn)一步，所述激光跟蹤儀的反光球設(shè)置于機(jī)床主軸箱，步驟a中，機(jī)床主軸箱上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)由激光跟蹤儀實(shí)測坐標(biāo)值疊加反光球與機(jī)床主軸箱上的刀尖之間的坐標(biāo)差值獲得；
進(jìn)一步，步驟c中，誤差補(bǔ)償為閉環(huán)補(bǔ)償:數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償，激光跟蹤儀繼續(xù)測量當(dāng)前反射球的位置信息，重復(fù)步驟b并繼續(xù)由數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償，直至誤差分量小于等于誤差極限值；
進(jìn)一步，所述激光跟蹤儀的反光球設(shè)置于機(jī)床主軸箱上且與機(jī)床主軸箱上的刀尖同一 Z軸方向的軸線上。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，采用激光跟蹤儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤檢測，能夠適用于對溫度、濕度嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用，而且可以在條件非常惡劣的車間現(xiàn)場環(huán)境中使用，且激光跟蹤儀集合了激光干涉測距、光電探測、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)及控制和現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論，對空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并實(shí)時(shí)測量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)，具有高精度、高效率、實(shí)時(shí)跟蹤測量、安裝快捷、操作簡單等特點(diǎn)；本發(fā)明對機(jī)床刀尖進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測并實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，反應(yīng)速度快，提高效率；采用本方案所測量的誤差為Z軸上刀具的誤差，為所有系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差所疊加之后的總體誤差，故本方案可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償所有的誤差值，大大簡化了機(jī)床的檢測裝置。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明的補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明原理框圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本發(fā)明的補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明原理框圖，如圖所示:本實(shí)施例的基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，包括下列步驟；
a.機(jī)床4啟動(dòng)并執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼程序)，通過激光跟蹤儀I獲取機(jī)床主軸箱3上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)，并輸送至計(jì)算機(jī)5 ；
b.將步驟a獲取的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)與計(jì)算機(jī)5內(nèi)儲(chǔ)存的機(jī)床主軸箱3上的刀尖理論運(yùn)行軌跡相比較，建立三維空間誤差模型，由三維空間誤差模型分解出機(jī)床主軸箱3上的刀尖各個(gè)自由度方向上的誤差分量；各個(gè)自由度是指刀尖根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)，被驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方向，誤差分量是指該自由度方向上所產(chǎn)生的誤差值；
c.將步驟b獲得的誤差分量與計(jì)算機(jī)5內(nèi)儲(chǔ)存的誤差極限值進(jìn)行比較；誤差分量與誤差極限值比較后如果誤差值在誤差允許的范圍內(nèi)則機(jī)床4繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼程序)，激光跟蹤儀繼續(xù)獲取機(jī)床主軸箱3上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)并重復(fù)步驟b ;否則，計(jì)算機(jī)5向機(jī)床4的數(shù)控系統(tǒng)6發(fā)出誤差補(bǔ)償命令，由數(shù)控系統(tǒng)6驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償；伺服電機(jī)包括用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成刀尖實(shí)現(xiàn)各個(gè)自由度的伺服電機(jī)，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
本實(shí)施例中，所述激光跟蹤儀I的反光球2設(shè)置于機(jī)床主軸箱3，步驟a中，機(jī)床主軸箱3上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)由激光跟蹤儀實(shí)測坐標(biāo)值疊加反光球2與機(jī)床主軸箱3上的刀尖之間的坐標(biāo)差值獲得；反光球2放置于機(jī)床主軸箱3，方便激光跟蹤儀的安裝，避免與機(jī)床主軸箱3的運(yùn)動(dòng)相干擾，保證機(jī)床4運(yùn)行的同時(shí)保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本實(shí)施例中，步驟c中，誤差補(bǔ)償為閉環(huán)補(bǔ)償:數(shù)控系統(tǒng)6驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償，激光跟蹤儀I繼續(xù)測量當(dāng)前反射球2的位置信息，重復(fù)步驟b并繼續(xù)由數(shù)控系統(tǒng)6驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償，直至誤差分量小于等于誤差極限值；較高效率的實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，而該誤差補(bǔ)償只與激光跟蹤儀I的檢測結(jié)果有關(guān)，與外界環(huán)境無關(guān)。本實(shí)施例中，所述激光跟蹤儀I的反光球2設(shè)置于機(jī)床主軸箱3上且與機(jī)床主軸箱3上的刀尖同一 Z軸方向的軸線上，避免其他方向自由度的誤差疊加，僅需在Z軸方向上疊加距離尺寸即可，提高檢測精度3軸是指曲軸箱的直接滑動(dòng)進(jìn)給方向。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，其特征在于:包括下列步驟； a.機(jī)床啟動(dòng)并執(zhí)行數(shù)控程序,通過激光跟蹤儀獲取機(jī)床主軸箱上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)，并輸送至計(jì)算機(jī)； b.將步驟a獲取的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)與計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的機(jī)床主軸箱上的刀尖理論運(yùn)行軌跡相比較，建立三維空間誤差模型，由三維空間誤差模型分解出機(jī)床主軸箱上的刀尖各個(gè)自由度方向上的誤差分量； c.將步驟b獲得的誤差分量與計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的誤差極限值進(jìn)行比較；誤差分量與誤差極限值比較后如果誤差值在誤差允許的范圍內(nèi)則機(jī)床繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行數(shù)控程序，激光跟蹤儀繼續(xù)獲取機(jī)床主軸箱上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)并重復(fù)步驟b ;否則，計(jì)算機(jī)向機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出誤差補(bǔ)償命令，由數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述激光跟蹤儀的反光球設(shè)置于機(jī)床主軸箱，步驟a中，機(jī)床主軸箱上的刀尖的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)參數(shù)由激光跟蹤儀實(shí)測坐標(biāo)值疊加反光球與機(jī)床主軸箱上的刀尖之間的坐標(biāo)差值獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，其特征在于:步驟c中，誤差補(bǔ)償為閉環(huán)補(bǔ)償:數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償，激光跟蹤儀繼續(xù)測量當(dāng)前反射球的位置信息，重復(fù)步驟b并繼續(xù)由數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成誤差補(bǔ)償，直至誤差分量小于等于誤差極限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述激光跟蹤儀的反光球設(shè)置于機(jī)床主軸箱上且與機(jī)床主軸箱上的刀尖同一 Z軸方向的軸線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光跟蹤儀的機(jī)床誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，采用激光跟蹤儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤檢測，不僅適用于對溫度、濕度嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用，而且可以在條件較惡劣的車間現(xiàn)場環(huán)境中使用。激光跟蹤儀集合了激光干涉測距、光電探測、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)及控制和現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論，對空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并實(shí)時(shí)測量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)，具有高精度、高效率、實(shí)時(shí)跟蹤測量、安裝快捷、操作簡單等特點(diǎn)。本發(fā)明基于激光跟蹤儀測量結(jié)果對機(jī)床進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測并實(shí)時(shí)補(bǔ)償，采用本方案所測量的誤差為所有系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差所疊加之后的總誤差，故本方案可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所有的誤差值，大大提高機(jī)床的系統(tǒng)精度且簡化了機(jī)床的檢測裝置。
文檔編號B23Q17/24GK103143984SQ20121047402
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者陶桂寶, 留成源, 谷立恒, 邵璟, 陳敏超, 樊星光, 王世橋 申請人:重慶大學(xué)