[发明专利]一种五轴数控机床回转轴几何误差检测方法

说明书

本发明一种五轴数控机床回转轴几何误差检测方法属于机床精度检测技术领域，涉及一种五轴数控机床回转轴几何误差检测与辨识方法。检测方法中，利用双目相机采集“回”字形靶标图像信息用于表征回转轴实际运动信息，经过相机标定、图像处理、最终获得特征点三维坐标信息，其运动轨迹表示回转轴上一点的空间运动轨迹。结合机床多体系统理论以及其次坐标变换理论，对回转轴与位置无关的误差PIGE和与回转轴运动位置有关的误差PDGE进行辨识与测量。该方法有效的解决了机床回转轴几何误差辨识与检测的问题，测量过程简单快速，测量效率高。测量过程中对机床运行轨迹要求简单，无需其他轴配合，避免引入其他轴联动误差。

技术领域

本发明属于机床几何误差检测领域，涉及一种五轴数控机床回转轴几何误差检测方法。

背景技术

随着制造技术的不断进步，对具有复杂几何形状和高精度的机械零件的需求急剧增加，五轴机床因具有3个直线运动轴和2个旋转运动轴，相比于传统的三轴机床，能够在2个旋转方向上提供进给，使机床加工过程更加灵活，因此愈来愈多的五轴机床被应用到制造行业，在五轴数控机床研究中，如何提高其加工精度成为主要关注点。机床几何误差能很好的反应零件的加工品质，机床几何精度的快速、准确标定是能很好的提高数控机床的加工精度。然而五轴机床相比传统三轴机床的拓扑机构更加复杂，机床各运动部件间相互关联、相互影响，这给机床各部件的几何精度标定工作，尤其是五轴机床回转轴精度的标定带来了很大困难。快速、准确的检测和辨识五轴机床的回转轴几何误差直接影响着五轴机床的误差补偿和维护工作。

目前五轴机床几何误差的检测手段主要有：球杆仪检测法、激光干涉仪检测法、R-test检测法、探针检测法以及实际加工检测法等。浙江大学傅建中,专利号为:CN103878641 A“一种五轴数控机床通用的旋转轴几何误差辨识方法”利用球杆仪测量设备建立了五轴数控机床回转轴几何误差测量模型，辨识了两个回转轴的16项几何误差，但该方法需要球杆仪的3种测量模式，并且测量精确受到球杆仪安装精度的影响，测量周期较长。清华大学刘辛军,专利号为:CN 105479268 A“基于RTCP的五轴数控机床摆动轴几何误差辨识方法”发明了一种具有RTCP功能的五轴数控机床摆动轴几何误差通用测量方法，测量了摆动轴的多项几何误差测量，该方法只针对五轴机床摆动轴，测量目标比较单一。华中科技大学周向东,专利号为:CN 105136031 A“一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量方法”，利用激光跟踪仪结合3个激光靶球测量五轴机床回转轴与摆动轴的几何误差，但是激光跟踪仪俯仰角定位精度低，对误差的测量精度有一定的影响，并且激光靶球造价高，整体测量设备费用偏高。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术缺陷，发明一种五轴机床回转轴几何误差检测方法。利用双目相机采集贴在回转轴上的“回”字形靶标后经图像处理、数据处理得到“回”字形靶标角点位置信息并用以表征回转轴的运动信息，结合机床多体运动理论与齐次坐标变换理论实现五轴机床回转轴几何误差的测量。此方法避免测量过程中因测量设备安装而引入的安装误差、简化测量过程、提高测量效率实现多项几何误差的同时测量与辨识，拓展了机器视觉在测量方面的应用。

本发明采用的技术方案是一种五轴数控机床回转轴几何误差检测方法，其特征是，利用双目相机作为测量仪器，获取贴在五轴机床回转轴上“回”字形靶标角点的三维坐标信息，结合机床多体运动模型与齐次坐标变换理论，实现对五轴数控机床回转轴PIGE误差和PDGE误差的辨识与测量。具体测量步骤如下：

第一步，搭建双目测量装置，并对双目相机进行标定

搭建双目测量系统时，双目相机成一定角度固定在五轴机床Z轴上,其中左相机2，右相机3，在进行相机安装时要保证左相机2和右相机3有合适的公共视场。