[发明专利]一种对导轨耦合误差的补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及导轨的耦合误差高精度检测，具体涉及一种导轨耦合误差补偿方法。

背景技术

随着制造业和精密加工技术的不断发展，对导轨运动精度的要求日益提高。因此，如何快速并准确检测出直线导轨各项误差并进行误差补偿，对提高运动平台的运动精度起着极其重要的作用。

由于导轨存在直线度误差、偏摆误差、俯仰误差、滚摆误差、X轴和Y轴之间的垂直度误差以及导轨的安装误差等误差，导致滑台沿X轴方向运动时，会在X方向的垂直方向Y向产生位置偏移ΔY(X)，称为耦合误差。从而使导轨的实际位置和理论位置产生偏差，特别是对于机床导轨来说，耦合误差导致了刀具与工件间的实际位置与理想位置之间的误差，如车外圆中，工件被加工表面的法线方向即加工误差敏感方向，在该方向上，刀具与工件的相对位置误差将最大程度地映射为加工误差。加工实验数据表明，常规车削中，耦合误差可以达到微米级，而在高精度加工中，耦合误差通常可以达到亚微米级，因此，耦合误差作为敏感方向误差，对车外圆的加工精度影响不容忽视，必须进行补偿，以提高加工精度。

由于运动过程中滑台与导轨之间的实际接触位置处于动态变化之中，且与理想位置存在偏差，导致滑台在沿导轨运动过程中角度发生偏转，其角度误差的转动中心在导轨上的位置也发生动态变化。对误差进行补偿时，如果只进行位移的补偿，而忽略导轨的角度偏转，必然会造成精度损失，降低误差补偿效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种导轨耦合误差补偿方法，能够对导轨的包括位移和角度耦合误差进行检测和补偿，从而提高导轨运动精度。

本发明的一种导轨耦合误差的补偿方法，包括如下步骤：

A、在导轨的滑台上固定微动平台，将被驱动物放置在微动平台上；

B、驱动滑台从导轨的初始位置开始运动，令滑台在初始位置的几何中心为原点，滑台在初始位置的运动方向为x轴，与x轴垂直方向为y轴；在滑台运动过程中设置N个测量位置，在每个测量位置，采用两个固定放置的位移测量装置，分别对滑台上相距为L的两点在y轴方向相对于初始位置的位移量进行测量；其中N为大于0的整数；

C、然后根据两点的位移量以及两点距离L计算得到在该测量位置滑台相对于x轴的偏转角度，以及此时滑台几何中心相对于初始位置在y轴方向上的位移量；

D、统计所有测量位置上滑台的偏转角度和几何中心的位移量，进行曲线拟合，得到滑台的偏转角度曲线和几何中心位移量曲线；

E、将滑台的偏转角度曲线和位移量曲线取反后输入到微动平台，使其对被驱动物的运动进行耦合误差补偿。

进一步的，所述两个位移测量装置采用两个激光干涉仪、两个激光位移传感器或者一个激光位移传感器和一个激光干涉仪。

进一步的，在所述步骤B中，采用平面镜固定在滑台上，控制激光干涉仪或者激光位移传感器向平面镜发射激光光束，在平面镜随滑块移动过程中分别对两束激光在平面镜上的投射点沿y轴方向的位移进行测量，从而实现对滑台在y轴方向的位移量的测量。

进一步的，所述激光干涉仪包括四分之一波片、两个角锥反射镜、分光镜和激光源；其中，所述四分之一波片、分光镜和激光源依次排列在平面镜的反射面前方，四分之一波片与激光源光轴垂直，分光镜与激光源的光轴成45°角；两个角锥反射镜分别置于分光镜两侧，角锥反射镜中两个反射面的夹角为45°，用于接收分光镜的反射激光。

进一步的，滑台相对于x轴的倾斜角θ以及在y轴方向的相对位移的求解过程为：在每个测量位置上，两个位移测量装置分别对滑块上两点进行位移量测量，所测各点数据分别为A_ij和B_ij，其中，i表示测量次数，i＝1,2,...,n;j表示每次试验的测量点数j＝1,2,...,m；

针对第一位移测量装置的测量值为A_ij，对每个测量点的n组数据分别求和取平均值，即：将得到的各点平均值进行直线拟合，得到的直线方程为：Y_j＝kX_j+a,在各测量点的耦合误差为ΔY_1j(X)＝A′_j-Y_j；

第二位移测量装置的测量值为B_ij，对每个测量点的n组数据分别求和取平均值：将得到的各点平均值进行直线拟合，得到的直线方程为：Y′_j＝k′X′_j+b,在各测量点的耦合误差为ΔY_2j(X)＝B′_j-Y′_j；