[发明专利]面向自由曲面的接触式测量误差补偿方法及补偿系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种面向自由曲面的接触式测量误差补偿方法及补偿系统。

背景技术：

随着工业的发展，对加工提出越来越高的精度要求，传统的测量方式一般是离线测量，即在加工中心加工完成后，卸下工件，放在三坐标测量机或者其他检测设备上进行检测。对于小型工件，离线测量搬运比较方便，但检测完成后，如果不合格还需要重新装在加工中心上进行二次修整加工，这样就会造成二次装卡误差。对于大型工件，不仅会造成二次装卡误差，而且搬运不方便，浪费工时。由此，在线测量变得尤为重要。

在机测量一般使用的是接触式测头，测头顶端是一个标准的球体。测量时测头与工件表面接触，测针产生偏移触发测头内部信号，信号接收器收到信号后，配合机床等设备记录出测头的坐标位置，将坐标储存在机床内存里，测量完成后将数据传输回软件。与工件接触的测头部分是测针顶部的球形外表面，一般这个顶端球是一个半径固定的标准球。由于测头的特性，决定了记录的数值只能是测头球心的坐标，在测量水平面时，此时只需要在某方向加上减去测头的球心半径即可，如图2所示。而进行自由曲面测量时，由于测针顶端球有一定的半径，会造成待测点附近的其他点先接触到测针的顶端球，如图3所示，图3中二维曲线表示曲面，该接触位置放大效果如图4所示。此时以点为引导点进行测量，测头顶端与曲面上的理论测量点首先接触，测头由于压力产生信号，记录了此时测头球心的位置坐标，如果这时在垂直方向单纯地增加或减去一个球心半径值作为补偿，显然针对点的测量误差较大。

一般情况下，工件实体存在着加工误差等，工件理论模型的理论测量点和实际测量点不重合。本发明主要针对测头球心半径补偿、理论测量点和实际测量点不重合等问题，提出了一种面向自由曲面接触式测量的加工误差补偿方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种面向自由曲面的接触式测量误差补偿方法及补偿系统。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种面向自由曲面的接触式测量误差补偿系统，其组成包括: 红宝石测头，所述的红宝石测头与陶瓷测杆连接，所述的陶瓷测杆与压力传感器连接，所述的压力传感器与信号发射器连接，所述的压力传感器与刀柄连接，所述的刀柄与三轴机床连接，所述的信号发射器与信号接收器通过无线信号连接，所述的信号接收器安装在所述的三轴机床上，所述的信号接收器与所述的三轴机床的JA40接口电连接，所述的三轴机床与电脑主机电连接。

一种面向自由曲面的接触式测量误差补偿系统的补偿方法，

（1）二维曲面加工误差补偿方法：

对于二维曲线表示的曲面，首先选择一个测量引导点，引导点在模型中的作用是利用引导点的Z轴与偏置面相交得到理论测量点的测头球心；在实际测量中，引导红宝石侧头在实际工件上寻找相应的模型上的匹配点进行测量；

然后用对工件理想曲面δ进行偏移，得到测头球心的偏移曲面，此时偏移面和引导点的垂直方向有个交点（，，），也就是理论测头球心，点为理论测量点，如果是理想工件，实际测量点和理论测量点重合。引导点的坐标（，，）从工件理论模型中读取，如果理论测量点点的法线方向，对于二维曲线表示的曲面，则理论测量点点的坐标（，，）为：

         （1）

在实际测量中，由于加工中存在各种误差因素的影响，理论模型上的理论测量点和实际工件上测得的测量点不完全重合；为工件的实际加工曲面，为工件的实际偏移曲面；

记实际测头球心（，，），在对距离点的方向正负方向0.5mm各取一个点、，此时过点的垂直方向与轴的夹角为：

                            （2）

经过实际测头球心的实际偏置曲面的垂线与实际加工曲线相交与点，（，，）为实际测量点，其坐标如下：

                   （3）

这样实际测量点和理论测量点误差为：

                （4）

现将这种利用实际测头球心、理论测头球心，以及过实际测头球心的实际偏置曲面的垂线与轴夹角对实际测量点进行修正的方法对推广到三维自由曲面的接触测量补偿。

（2）三维曲面加工误差补偿方法：