一種多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床誤差測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，多軸數(shù)控機(jī)床的作用越來(lái)越明顯。包含轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)控機(jī)床其轉(zhuǎn)臺(tái)可以提高機(jī)床切削率，降低切削時(shí)間，減少工件裝夾次數(shù)。它不僅可以解決復(fù)雜工件的加工問(wèn)題而且可以提高工件精度。機(jī)床精度是機(jī)床重要參數(shù)之一。而影響機(jī)床精度的因素有多種，其中幾何誤差和熱誤差占60%左右。機(jī)床幾何誤差建模與補(bǔ)償成為提高機(jī)床精度的重要途徑之一。[0003]機(jī)床各個(gè)幾何誤差項(xiàng)的辨識(shí)是這些幾何誤差模型建立的基礎(chǔ)。多軸數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)引入很多誤差源。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差提出了很多辨識(shí)方法：[0004](I)Kwang-IILee等人根據(jù)幾何誤差項(xiàng)性質(zhì)采用參數(shù)化形式表示轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差項(xiàng)，并結(jié)合三軸同步運(yùn)動(dòng)形成的五種測(cè)量模式來(lái)辨識(shí)得到相應(yīng)參數(shù)，從而得到轉(zhuǎn)臺(tái)的五項(xiàng)幾何誤差"參見(jiàn)LeeKI，LeeDM1YangSH(2012)Parametricmodelingandestimationofgeometricerrorsforarotaryaxisusingdoubleball-bar.InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology62(5-8):741-750)D但是該方法中的參數(shù)化模型的形式對(duì)辨識(shí)結(jié)果有很大影響，且需要其他軸同步運(yùn)動(dòng)。[0005](2)Zhang等人通過(guò)分析球桿儀長(zhǎng)度與C軸（轉(zhuǎn)臺(tái)）幾何誤差項(xiàng)和球桿儀初始位置之間的關(guān)系，用球桿儀和高度調(diào)節(jié)裝置測(cè)量設(shè)計(jì)出不同水平面上的兩條測(cè)量路徑來(lái)辨識(shí)得到C軸（轉(zhuǎn)臺(tái)）的五項(xiàng)幾何誤差。（參見(jiàn)ZHANGY，YANGJ，ZHANGK(2013)Geometricerrormeasurementandcompensationfortherotarytableoffive-axismachinetoolwithdoubleballbar.InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology.65(1-4):275-281)但是該方法將這五項(xiàng)幾何誤差作為恒定值，這不符合誤差的幾何性質(zhì)。[0006]目前的方法大多需要其他軸與轉(zhuǎn)臺(tái)同步運(yùn)動(dòng)來(lái)辨識(shí)得到轉(zhuǎn)臺(tái)所有的幾何誤差項(xiàng)，或者沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差的幾何性質(zhì)。【
發(fā)明內(nèi)容】[0007]從現(xiàn)有方法的缺陷出發(fā)，本發(fā)明提出了一種多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，旋轉(zhuǎn)合適球桿儀安裝位置并結(jié)合球桿儀測(cè)量方向來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差辨識(shí)。該發(fā)明只需要轉(zhuǎn)臺(tái)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，操作簡(jiǎn)單方便，消除了安裝誤差的影響，保證了辨識(shí)精度，而且系統(tǒng)性好，可得到轉(zhuǎn)臺(tái)所有的十項(xiàng)幾何誤差。[0008]一種多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，包括如下步驟：[0009]步驟1、根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)臺(tái)位置，確定球桿儀在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系上的六個(gè)安裝位置；[0010]步驟2、結(jié)合各個(gè)位置處球桿儀測(cè)量方向以及轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型，建立各個(gè)位置處球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差之間的關(guān)系；[0011]步驟3、根據(jù)各個(gè)安裝位置處球桿儀兩個(gè)測(cè)量球在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的詳細(xì)坐標(biāo)和具體的測(cè)量方向齊次向量建立轉(zhuǎn)臺(tái)的六個(gè)集成誤差表達(dá)式；[0012]步驟4、根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)垂直度誤差和位置偏差的性質(zhì)，從六個(gè)集成誤差中分離得到轉(zhuǎn)臺(tái)十項(xiàng)幾何誤差的辨識(shí)公式；[0013]步驟5、根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型和各個(gè)位置球桿儀測(cè)量方向建立球桿儀兩個(gè)測(cè)量球安裝誤差對(duì)各個(gè)位置處球桿儀讀數(shù)影響模型；[0014]步驟6、依次在各個(gè)安裝位置處安裝球桿儀，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)得到各個(gè)安裝位置處轉(zhuǎn)臺(tái)在不同轉(zhuǎn)角處的球桿儀讀數(shù)；[0015]步驟7、根據(jù)球桿儀安裝誤差對(duì)球桿儀讀數(shù)影響模型對(duì)球桿儀讀數(shù)進(jìn)行擬合，來(lái)消除安裝誤差影響得到剔除安裝誤差后的球桿儀數(shù)據(jù)；[0016]步驟8、根據(jù)球桿儀測(cè)量球的具體坐標(biāo)和剔除安裝誤差后的球桿儀數(shù)據(jù)，利用十項(xiàng)幾何誤差辨識(shí)公式計(jì)算得到轉(zhuǎn)臺(tái)所有的幾何誤差。[0017]步驟1中根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)臺(tái)位置，確定球桿儀六個(gè)安裝位置，包括步驟：[0018]步驟1.1、根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)臺(tái)位置建立轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系：在轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角為零時(shí)，Z軸與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸線重合，X軸和Y軸分別與機(jī)床的X進(jìn)給軸和Y進(jìn)給軸平行；[0019]步驟1.2、確定球桿儀在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的六個(gè)安裝位置，即球桿儀兩個(gè)測(cè)量球的位置坐標(biāo)，具體如下：[0020]安裝位置1處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[R，0,0]，與主軸連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0,0];安裝位置2處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[R，0，L]，與主軸連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0,L];安裝位置3處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,R，0]，與主軸連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0,0];安裝位置4處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0，R，L]，與主軸連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0，L];安裝位置5處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0,0]，與主軸連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0,R];安裝位置6處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,0,0]，與主軸連接的測(cè)量球坐標(biāo)為[0,R，0];其中R為球桿儀的公稱長(zhǎng)度，L為z向坐標(biāo)值，其數(shù)值不為零。[0021]進(jìn)一步地，步驟2中結(jié)合球桿儀測(cè)量方向以及轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型，建立球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差之間的關(guān)系，包括步驟：[0022]步驟2.1、球桿儀測(cè)量方向表示為在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下，與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球指向與主軸連接的測(cè)量球的單位向量，代表了球桿儀可以測(cè)量該方向上的綜合誤差。V=[vx，vy，vz，0]T表示球桿儀測(cè)量方向的齊次向量。則安裝位置1和安裝位置2處球桿儀測(cè)量方向?yàn)閂1,2=[-1，0,0,0]τ。[0023]步驟2.2、根據(jù)機(jī)床幾何誤差模型，得到轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型，然后結(jié)合各個(gè)位置處主軸連接的測(cè)量球的初始坐標(biāo)，并忽略線性軸誤差，得到該測(cè)量球相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的齊次坐標(biāo)Ps。[0024]步驟2.3、根據(jù)球桿儀測(cè)量方向，得到球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差關(guān)系為：(R+AR)-V=Ps-Pctj其中AR表示球桿儀讀數(shù)，Ρ。表示與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測(cè)量球坐標(biāo)。因?yàn)榍驐U儀方向向量為單位向量，那么球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差關(guān)系可表示為：AR=AR·VtV=Vt·(Ps-Pc)-R[0025]進(jìn)一步地，步驟3中，根據(jù)球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差關(guān)系得到的六個(gè)集成誤差包含了垂直度誤差和轉(zhuǎn)臺(tái)位置偏差的影響。同時(shí)在安裝位置6處，根據(jù)球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差關(guān)系，在轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°，90°，180°，270°和360°處時(shí)相應(yīng)的集成誤差對(duì)球桿儀讀數(shù)無(wú)影響，所以這些特殊位置處的集成誤差需要額外處理，即轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為〇°和360°時(shí)，相應(yīng)的集成誤差為0,而轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90°，180°，270°時(shí)，相應(yīng)的集成誤差根據(jù)前后相鄰位置點(diǎn)的誤差值進(jìn)行插值得到。[0026]進(jìn)一步地，步驟4中，根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)垂直度誤差和位置偏差的性質(zhì)，從六個(gè)集成誤差中分離得到轉(zhuǎn)臺(tái)十項(xiàng)幾何誤差的辨識(shí)公式，包括步驟：[0027]步驟4.1、垂直度誤差是與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度無(wú)關(guān)的誤差，表示轉(zhuǎn)臺(tái)與相鄰軸的角度偏差，其誤差值是一個(gè)恒定數(shù)值。六項(xiàng)集成誤差中，垂直度誤差被當(dāng)前第1頁(yè)1 2