[发明专利]一种机床全行程空间误差的测量方法

权利要求书

1.一种机床全行程空间误差的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据机床X、Y、Z轴的行程及各轴测量数据点的要求确定测量间距ΔL，根据测量间距ΔL确定机床空间的测量点数，然后按照线、面、空间的测量顺序规划测量路径；

(2)安装机床各部件包括激光干涉仪干涉头、两个90°转向镜和6D传感器，并调整各部件进行对光，然后将机床X、Y、Z轴分别运行到坐标0处；所述激光干涉仪干涉头、两个90°转向镜和6D传感器具体采用如下方式进行安装：将所述激光干涉仪干涉头水平放置于机床工作平台0点坐标位置处，使6D传感器通过磁基座与支撑杆悬挂于主轴上；然后使其中一个90°转向镜固定在支撑杆上，该支撑杆通过磁块吸附于机床工作平台Y向移动的滑块上，并能随工作台Y向移动；另一个90°转向镜固定在支撑杆上并放置于机床主轴的正下方，不随机床工作台移动，其用于接收干涉头发出的通过第一个90°转向镜转向的水平激光并将水平激光垂直转向到6D传感器的接受孔中；

(3)测量机床全行程空间内所有面上点的误差：

(3.1)首先测量X轴的各位置处的三项误差，然后将Z轴向正方向移动一个测量间距ΔL，激光干涉仪干涉头从0位置向正方向移动进行测量，测出Z＝ΔL的各位置三项误差，再将Z轴向正方向移动一个测量间距ΔL，利用激光干涉仪干涉头测出Z＝2ΔL的各位置三项误差；重复上述过程完成X₀O₀Z₀平面内各位置误差的测量；

(3.2)将Y轴移动一个测量间距ΔL获得新平面X₁O₁Z₁，并重新将机床主轴运行到Z轴坐标0处，以与步骤(3.1)同样的方式完成X₁O₁Z₁平面内各位置误差的测量；再将Y轴移动一个测量间距ΔL获得新平面X₂O₂Z₂，再次将机床主轴运行到Z轴坐标0处，以与步骤(3.1)同样的方式完成X₂O₂Z₂平面内各位置误差的测量；重复上述过程，完成机床全行程空间内所有面上点的误差的测量；

(4)根据机床全行程空间内已测量点的误差数据求解机床全行程空间任意位置点的误差。

2.如权利要求1所述的机床全行程空间误差的测量方法，其特征在于，所述调整各部件进行对光具体为：

(2.1)反复调整干涉头、6D传感器及两个90°转向镜，使干涉仪测量系统上显示的三项误差在X轴、Z轴全行程范围内满足测量要求；

(2.2)反复微调干涉头、6D传感器及两个90°转向镜，使干涉仪测量系统上显示的三项误差在Y轴全行程范围内满足测量要求；

(2.3)同时运行X、Y、Z轴，重复步骤(2.1)和(2.2)过程，使干涉仪测量系统上显示的三项误差读数在X轴全程、Z轴全程、Y轴全程范围内，都满足激光测量要求。

3.如权利要求1所述的机床全行程空间误差的测量方法，其特征在于，根据机床全行程空间内已测量点的误差求解机床全行程空间任意位置点的误差具体为：根据任意位置点的坐标确定该点所处的一个或两个测量面内测量点组成的线或面或长方体，根据该线或面或长方体上的多个点的误差值预测所述任意位置点的误差。

4.如权利要求3所述的机床全行程空间误差的测量方法，其特征在于，所述根据线或面或长方体上的多个点的误差值预测任意位置点的误差具体为：

(4.1)首先确定空间误差多项函数：

Δx＝a₀₁+b₁₁x+b₂₁x²+b₃₁x³+c₁₁y+c₂₁y²+c₃₁y³+d₁₁z+d₂₁z²+d₃₁z³+f₁₁xy+f₂₁xz

+f₃₁yz+g₁₁xy²+g₂₁xz²+g₃₁yz²+g₄₁yx²+g₅₁zx²+g₆₁zy²；

Δy＝a₀₂+b₁₂x+b₂₂x²+b₃₂x³+c₁₂y+c₂₂y²+c₃₂y³+d₁₂z+d₂₂z²+d₃₂z³+f₁₂xy+f₂₂xz

+f₃₂yz+g₁₂xy²+g₂₂xz²+g₃₂yz²+g₄₂yx²+g₅₂zx²+g₆₂zy²；

Δz＝a₀₃+b₁₃x+b₂₃x²+b₃₃x³+c₁₃y+c₂₃y²+c₃₃y³+d₁₃z+d₂₃z²+d₃₃z³+f₁₃xy

+f₂₃xz+f₃₃yz+g₁₃xy²+g₂₃xz²+g₃₃yz²+g₄₃yx²+g₅₃zx²+g₆₃zy²；

其中：a_0i(i＝1,2,3，分别对应Δx,Δy,Δz)常数，表示第i项误差常数项；

b_ji(j＝1,2,3；i＝1,2,3)表示x的多项式函数的系数；

c_ji(j＝1,2,3；i＝1,2,3)表示y的多项式函数的系数；

d_ji(j＝1,2,3；i＝1,2,3)表示z的多项式函数的系数；

f_ji(j＝1,2,3；i＝1,2,3)表示x、y、z的之间二次函数的系数；

g_ji(j＝1,2,…，6；i＝1,2,3)表示x、y、z的之间三次函数的系数；

(4.2)根据线或面或长方体测量的多个点的误差值求解空间误差多项函数中的各项系数；

(4.3)将任意位置点的空间坐标点代入已知系数的空间误差多项函数中求解获得任意位置点的三项误差。