[发明专利]一种机床全行程空间误差的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机床空间误差测量技术领域，更具体地，涉及一种机床全行程空间误差的测量方法。

背景技术

目前，通过掌握机床误差的测量方法及补偿值的求解过程是提高机床精度的前提，对于一种普通的三轴立式机床，运用API公司生产的6D激光干涉仪即可方便的测量出其几何误差。然而现有的测量方法都是采取单轴独立的方式进行测量的，即先分别独立测量X、Y、Z轴的几何误差，而不考虑另外的轴对测量轴的影响，因此，这种测量方法实际上反映的是三个进给轴上的精度情况，而反映不了机床空间的精度情况，特别是机床空间误差是由于三轴联动的结果，因此，为了获得机床空间内的位置误差，就必须通过复杂的数学建模。

文献“数控机床误差实时补偿技术[M]，杨建国等，机械工业出版社，2013.2：51-64”提出，首先通过最小二乘法拟合移动误差和转角误差项与位置关系的函数表达式，并运用齐次坐标变换矩阵，最后求得空间任意位置的三个方向误差值函数，即ΔX，ΔY，ΔZ。该文献虽然可以通过理论的方法推算出机床空间位置的误差补偿值，但由于机床的结构不同，测量各误差项的方向正负问题，往往稍有不慎，就会出现错误，特别是上述方法，由于机床在运行过程中，插补运算量太大，往往无法通过数控系统及时实施有效补偿。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种机床全行程空间误差的测量方法，其通过对机床全行程空间误差的测量，并通过数学建模的计算方法，可较容易获取机床在空间任意位置的三项位置误差值，该机床全行程空间误差测量方法具有测量快速、将误差值应用于数控系统进行实时补偿具有运算量小、精度高等优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种机床全行程空间误差的测量方法，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；

(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，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求解机床全行程空间任意位置点的误差。

作为进一步优选的，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。

作为进一步优选的，所述调整各部件进行对光具体为：

(2.1)X轴、Z轴全行程范围内对光：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，即定位误差、水平方向直线度误差及垂直方向直线度误差的读数在X轴、Z轴全行程范围内满足测量要求。