[发明专利]数控机床平动轴几何误差的测量装置及测量与辨识方法

权利要求书

1.一种数控机床平动轴几何误差的测量装置，其特征在于：该测量装置包括一台激光跟踪仪、与所述激光跟踪仪相对设置的猫眼（1）以及可回转的猫眼托架，猫眼（1）与猫眼托架相连，猫眼托架设置于机床刀具安装位置。

2.根据权利要求1所述一种数控机床平动轴几何误差的测量装置，其特征在于：所述猫眼托架包括回转轴（4）以及与回转轴（4）相连的摆杆（2），猫眼（1）设置于摆杆（2）上。

3.根据权利要求2所述一种数控机床平动轴几何误差的测量装置，其特征在于：所述猫眼托架还包括用于精密定位回转轴的回转位置的定位销（3）。

4.根据权利要求2所述一种数控机床平动轴几何误差的测量装置，其特征在于：所述猫眼托架还包括与回转轴（4）相连的回转轴固定架（5），回转轴固定架（5）设置于机床刀具安装位置。

5.一种数控机床平动轴几何误差的测量与辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）检测前，利用三坐标测量机标定猫眼托架六个固定点的相对空间坐标位置，所述猫眼托架包括回转轴（4）以及与回转轴（4）相连的摆杆（2），摆杆（2）上设置有猫眼（1），六个固定点为猫眼绕回转轴旋转一周的六个不同位置；

2）经过步骤1）后，将猫眼托架固定安装在机床刀具安装位置处，然后以猫眼托架的回转中心为坐标原点O，以过坐标原点和第一个固定点的直线为X轴，设定坐标原点、第一个固定点以及第二个固定点所确定的平面为XOY平面，以XOY平面内过坐标原点垂直于X轴的直线为Y轴，以过坐标原点垂直于XOY平面的直线为Z轴，然后按照右手法则建立位置固定的笛卡尔坐标系；

3）利用六个固定点在笛卡尔坐标系的位置坐标完成激光跟踪仪在四个基站的标定；在机床刀具进给过程中，利用激光跟踪仪在四个基站的空间坐标值连续标定所述六个固定点中三个固定点的坐标，得到所述三个固定点的空间轨迹；

4）连接所述三个固定点的空间轨迹上的对应点，得到连续多个三角形的空间位姿；

5）求三角形的法向量，定义初始三角形的法向量为初始法向量，后续三角形的法向量为后续法向量，以初始法向量为参考，后续法向量绕X、Y、Z轴中的两个轴各旋转一次，使后续法向量与初始法向量重合，两个旋转角即为两项旋转角误差；

6）利用后续法向量与X、Y、Z轴的夹角关系求解出第三项旋转角误差；

7）利用步骤5）所得到的两项旋转角误差使后续三角形分别绕步骤5）中所述两个轴逆向旋转，经过旋转，所有后续三角形与初始三角形平行，后续三角形上任意一点与初始三角形上对应点的空间坐标差值即为定位误差和两项直线度误差。

6.根据权利要求5所述一种数控机床平动轴几何误差的测量与辨识方法，其特征在于：所述步骤3）的具体实施流程包括：

第一步、将激光跟踪仪固定在基站B₁；

第二步、令机床所有轴都处于起始位置，激光跟踪仪显示值设为0，旋转猫眼托架的摆杆，在六个不同位置记录激光跟踪仪的显示值，利用这些显示值标定激光跟踪仪所在基站的空间坐标，所述六个不同位置中相邻两个位置的夹角为60°；

第三步、控制机床沿轴向进给运动，并在运动路径上设置多个测量点，当机床运动到各测量点位置时，机床停止运动，记下测量点位置处激光跟踪仪的测距读数，当所有测量点测量完成后，得到不同测量点处的激光跟踪仪的测距读数；

第四步、将摆杆旋转120°，重复第三步，测量完毕后，再将摆杆旋转120°，重复第三步；

第五步、将激光跟踪仪分别固定在基站B₂、基站B₃以及基站B₄，并分别重复第二步至第四步。