[发明专利]一种数控机床单轴几何角运动误差分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床误差检测技术领域，特别涉及一种数控机床单轴几何角运动误差分离方法。

背景技术

空间物体有六个自由度，分别为X、Y、Z方向的直线运动自由度和绕X、Y、Z三轴的旋转自由度。那么，数控机床单轴几何误差也就包含六项，分别为X、Y、Z方向的三项直线度误差和俯仰角、偏摆角和俯仰角三项角运动误差。对于几何误差，通常有单项几何误差测量法和综合误差测量法两种。单项几何误差测量法即针对六项误差中的某一项误差进行测量，这种方法简单，针对性强，但是对于每一项误差往往采用不同的测量设备，要完成单轴的六项几何误差检测往往耗时很长，效率低下。综合误差测量法对单轴整体误差进行检测，然后采用误差分离算法分离出六项误差。这种方法的优点是操作简单，但是误差分离算法往往比较复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数控机床单轴几何角运动误差分离方法，可以有效快速分离出三项角运动误差中的任意两项。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种数控机床单轴几何角运动误差分离方法，包括以下步骤：

1）测量之前，在数控机床单轴上找任意三个固定点A、B、C，确定其空间坐标，并求取由这三点所确定平面的空间法向量，定义为基准法向量N；

2）测量时，机床单轴运动一段距离后开始第一次采样，三个固定点运动至A₁、B₁、C₁位置，确定其空间坐标，并求取由这三点所确定平面的空间法向量，定义为后续法向量N₁；

3）求解其中两项角运动误差，包含以下两个分步：

第一步：将后续法向量N₁所在斜平面绕Z轴逆时针旋转,直至斜平面与基准法向量N重合,旋转角α即为第一个角运动误差;

第二步：后续法向量N₁经过旋转后变为法向量N₁′，将法向量N₁′所在的斜平面绕X轴顺时针旋转直至与基准法向量N重合,旋转角β即为第二个角运动误差;

4）对所有后续采样位置重复步骤2）至步骤3），得到整个单轴的所有位置两项角运动误差的分布。

本发明的有益效果体现在：

本发明通过测量运动轴三个固定的坐标,求取单轴的法向量,再通过与初始基准法向量之间的对比求解出单轴的三项角运动误差。整个求解过程中只需解析几何知识便可完成，算法简单可靠。与单项几何误差测量法相比效率大大提高，与综合几何误差测量法相比，分离算法非常简单。

附图说明

图1为单轴几何角运动误差分离原理图。

图2为法向量在各三维面投影图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种数控机床单轴几何角运动误差分离方法，包括以下步骤：

1）测量之前，在数控机床单轴上找任意三个固定点A、B、C，确定其空间坐标，并求取由这三点所确定平面的空间法向量，定义为基准法向量N=(a,b,c)，其中a,b,c分别为法向量N的X,Y,Z坐标值；

2）测量时，机床运动轴运动一段距离后开始第一次采样，三个固定点运动至A₁、B₁、C₁，确定其空间坐标，并求取由这三点所确定平面的空间法向量，定义为后续法向量N₁=(a₁,b₁,c₁),其中a₁,b₁,c₁分别为法向量N₁的X,Y,Z坐标值，

3）求解其中两项角运动误差，包含以下两个分步：

第一步：如图1所示，将后续法向量N₁所在斜平面A₁B₁G₁H₁绕Z轴逆时针旋转,直至斜平面A₁B₁G₁H₁和基准法向量N所在斜平面ABGH重合,斜平面A₁B₁G₁H₁和斜平面ABGH之间的夹角α即为第一个角运动误差;

以逆时针旋转为正，可得下式：