作為轉(zhuǎn)角誤差的一部分，而 轉(zhuǎn)臺(tái)三項(xiàng)轉(zhuǎn)角基本幾何誤差是隨著轉(zhuǎn)臺(tái)角度變化的，同時(shí)在轉(zhuǎn)臺(tái)零位置處的定義為0,那么 可從集成誤差中的轉(zhuǎn)角誤差分離得到轉(zhuǎn)臺(tái)的2項(xiàng)垂直度誤差和3項(xiàng)基本轉(zhuǎn)角誤差。
[0028] 步驟4. 2、位置偏差與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度無關(guān)，表示轉(zhuǎn)臺(tái)與相鄰軸的位置偏差，是一個(gè) 恒定數(shù)值。六項(xiàng)集成誤差中位置誤差被作為線性誤差的一部分，而轉(zhuǎn)臺(tái)三項(xiàng)線性基本幾何 誤差隨著轉(zhuǎn)臺(tái)角度變化的，且在轉(zhuǎn)臺(tái)零位置處為〇,那么可從集成誤差中的線性誤差分離得 到轉(zhuǎn)臺(tái)的2項(xiàng)位置偏差和3項(xiàng)基本線性誤差。
[0029] 進(jìn)一步地，步驟5中，根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型和球桿儀測量方向 建立各個(gè)位置球桿儀安裝誤差對(duì)球桿儀讀數(shù)影響模型，包括步驟：
[0030] 步驟5. 1、將球桿儀兩個(gè)測量球的安裝誤差代入轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模 型，并結(jié)合球桿儀測量方向向量得到球桿儀安裝誤差引起的球桿儀讀數(shù)變化：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 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，其特征在于，包括如下步驟： 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； 步驟2、結(jié)合各個(gè)安裝位置處球桿儀測量方向W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； 步驟3、根據(jù)各個(gè)安裝位置處球桿儀兩個(gè)測量球在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的詳細(xì)坐標(biāo)和具體的 測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； 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； 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)位置球桿儀測量方向建立球桿 儀兩個(gè)測量球安裝誤差對(duì)各個(gè)位置處球桿儀讀數(shù)影響模型； 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)； 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，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)； 步驟8、根據(jù)球桿儀測量球的具體坐標(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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟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： 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； 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)測量球的位置坐 標(biāo)，具體如下： 安裝位置1處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球坐標(biāo)為[R，0, 0]，與主軸連接的測量球坐標(biāo) 為[0, 0, 0];安裝位置2處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球坐標(biāo)為[R，0,L]，與主軸連接的測量 球坐標(biāo)為[〇,〇，L];安裝位置3處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球坐標(biāo)為[0，R，0]，與主軸連 接的測量球坐標(biāo)為[〇,〇,〇];安裝位置4處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球坐標(biāo)為[0，R，L]， 與主軸連接的測量球坐標(biāo)為[〇,〇，L];安裝位置5處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球坐標(biāo)為 [0, 0, 0]，與主軸連接的測量球坐標(biāo)為[0, 0,時(shí)；安裝位置6處球桿儀與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球 坐標(biāo)為[0, 0, 0]，與主軸連接的測量球坐標(biāo)為[0,R，0];其中R為球桿儀的公稱長度，L為Z 向坐標(biāo)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟2中，結(jié)合球桿儀測量方向W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： 步驟2. 1、確定球桿儀測量方向，球桿儀測量方向?yàn)樵谵D(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下，與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測 量球指向與主軸連接的測量球的單位向量； 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量球的初始坐標(biāo)得到該測量球相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的齊次坐標(biāo)P,; 步驟2. 3、根據(jù)球桿儀測量方向，得到球桿儀讀數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差關(guān)系為；AR= A R . yTy = yT . (ps_pc) _R 其中AR表示球桿儀讀數(shù)，p。表示與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量球坐標(biāo)，v= [￥,，￥^，￥^0]了表示球 桿儀測量方向的齊次向量，yT為V的轉(zhuǎn)置矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 步驟2. 2中，求解主軸連接的測量球在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)時(shí)忽略線性軸誤差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟3中，在安裝位置6處，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟5中，根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型和球桿儀測量方向建立各個(gè)位置球 桿儀安裝誤差對(duì)球桿儀讀數(shù)影響模型，包括步驟： 步驟5. 1、將球桿儀兩個(gè)測量球的安裝誤差代入轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差對(duì)機(jī)床精度影響模型，并 結(jié)合球桿儀測量方向向量得到球桿儀安裝誤差引起的球桿儀讀數(shù)變化：
其中e表示球桿讀數(shù)變化；Tti表示轉(zhuǎn)臺(tái)理想齊次變換矩陣；Aty，Aty和At,表示與主 軸連接的測量球在X、y和z方向的安裝誤差；AWy,AWy和Aw,表示為與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的測量 球在X、y和Z方向的安裝誤差； 步驟5. 2、結(jié)合各個(gè)位置具體的球桿儀測量方向向量得到各個(gè)位置處球桿儀兩個(gè)測量 球?qū)η驐U儀讀數(shù)影響具體模型e,，其中i= 1，2, .... 6。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟6中，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，得到 剔除安裝誤差后的球桿儀數(shù)據(jù)，包括步驟： 步驟7. 1、結(jié)合各個(gè)位置球桿儀安裝誤差對(duì)球桿儀讀數(shù)影響模型，從球桿儀實(shí)際讀數(shù)中 消除安裝誤差影響可表示為：A 1= A Ri-ei，其中A表示剔除球桿儀安裝誤差影響后的球 桿儀讀數(shù)； 步驟7. 2、采用最小二乘法對(duì)各個(gè)位置處的球桿儀讀數(shù)進(jìn)行擬合，得到各個(gè)位置處兩個(gè) 測量球的安裝誤差和剔除球桿儀安裝誤差后的讀數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟1中，六個(gè)安裝位置中L的數(shù)值不為零。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，其特征在于， 所述步驟6中，安裝球桿儀后只需轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，其他軸在其零位置處保持不動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)幾何誤差六位置辨識(shí)方法，包括：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；結(jié)合球桿儀測量方向以及轉(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；根據(jù)球桿儀詳細(xì)坐標(biāo)和測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；根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)垂直度誤差和位置偏差的性質(zhì)，分離得到轉(zhuǎn)臺(tái)十項(xiàng)幾何誤差的辨識(shí)公式；建立球桿儀安裝誤差對(duì)球桿儀讀數(shù)影響模型；安裝球桿儀，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)得到各個(gè)安裝位置處球桿儀讀數(shù)；對(duì)球桿儀讀數(shù)進(jìn)行擬合，得到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。該方法操作簡單方便，辨識(shí)精度高，系統(tǒng)性好。
【IPC分類】G06F19-00, B23Q17-00
【公開號(hào)】CN104786098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510169259
【發(fā)明人】傅建中, 付國強(qiáng), 賀永
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日