[发明专利]一种基于激光点阵数控机床在线误差测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于激光点阵数控机床在线误差测量方法，可实现数控机床定位误差和运动在线误差测量，包括数控机床（1）、激光点阵发生装置（2）、网格定位板（3）、工业相机（4）、计算机（5），激光点阵发生装置（2）由刀柄（2-1）、激光发生装置（2-2）、光栅（2-3）和光栅固定装置（2-4）组成，激光点阵发生装置（2）可置于数控机床（1）刀盘内，网格定位板（3）固定于数控机床（1）的加工平面上，工业相机（4）固定于数控机床（1）上，其镜头角度保证能准确全面的拍摄到网格定位板（3），计算机（5）连接工业相机（4）与数控机床（1）的数控系统，其特征在于，误差测量方法包括以下步骤：

第一步，校准：

设置数控程序将激光点阵发生装置（2）换到主轴上，通过数控编程使激光点阵发生装置（2）移动到网格定位板（3）上方，工业相机（4）连续拍摄，通过计算机（5）运算确定九束激光的位置，再通过运行追踪程序，不断控制主轴运动并通过工业相机（4）图像反馈，最终实现九束激光产生的光斑全部对准网格定位板（3）中央的九个圆点；

第二步，运动误差测量：

三轴数控机床加工过程主要进行X、Y、Z三个坐标轴的运动，沿每个坐标轴方向运动都会产生6种误差，即X轴直线误差、Y轴直线误差、Z轴直线误差、X轴转角误差、Y轴转角误差、Z轴转角误差，也就是说三轴数控机床加工总计要测量18种误差，下面就18种误差测量方法进行描述：

1）沿X、Y、Z轴运动时X、Y轴方向直线误差；

测量时首先调整激光点阵发生装置（2）发出激光束在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间的九个圆点重合，此时定义为起始点，然后设定程序控制主轴上的激光点阵发生装置（2）沿X、Y轴由起始点移动到特定的点，保证理想状态下移动终点激光点阵发生装置（2）在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间九个圆点邻近的九个圆点或中央稍大范围九个圆点重合，即沿X、Y轴移动了m个步长，或沿Z轴移动了n个步长，若存在X、Y轴方向直线误差，则其实际移动后光斑位置与理想状态下的光斑位置会有偏差，机床沿X、Y、Z轴运动时X、Y轴方向单步长直线误差可由公式

计算获得；

2）沿X、Y、Z轴运动时Z轴直线误差；

测量时首先调整激光点阵发生装置（2）发出激光束在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间的九个圆点重合，此时定义为起始点，然后设定程序控制主轴上的激光点阵发生装置（2）沿X、Y、Z轴由起始点移动到特定的点，保证理想状态下移动终点激光点阵发生装置（2）在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间九个圆点邻近的九个圆点或中央稍大范围九个圆点重合，即沿X、Y轴移动了m个步长，或沿Z轴移动了n个步长，若存在Z轴方向直线误差，则其实际移动后光斑位置与理想状态下的光斑位置会有偏差，机床沿X、Y、Z轴运动时Z轴方向单步长直线误差可由公式

计算获得；

3）沿X、Y、Z轴运动时X、Y轴转角误差；

测量时首先调整激光点阵发生装置（2）发出激光束在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间的九个圆点重合，此时定义为起始点，然后设定程序控制主轴上的激光点阵发生装置（2）沿X、Y、Z轴由起始点移动到特定的点，保证理想状态下移动终点激光点阵发生装置（2）在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间九个圆点邻近的九个圆点或中央稍大范围九个圆点重合，即沿X、Y轴移动了m个步长，或沿Z轴移动了n个步长，若存在X轴转角误差，则其实际移动后光斑位置与理想状态下的光斑位置会有偏差，机床沿X、Y、Z轴运动时X轴方向单步长转角误差可由公式

计算获得，若存在X轴转角误差，则其实际移动后光斑位置与理想状态下的光斑位置会有旋转90^o的偏差，机床沿X、Y、Z轴运动时Y轴方向单步长转角误差与机床沿X、Y、Z轴运动时X轴方向单步长转角误差计算原理相似；

4）沿X、Y、Z轴运动时Z轴转角误差；

测量时首先调整激光点阵发生装置（2）发出激光束在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间的九个圆点重合，此时定义为起始点，然后设定程序控制主轴上的激光点阵发生装置（2）沿X、Y、Z轴由起始点移动到特定的点，保证理想状态下移动终点激光点阵发生装置（2）在网格定位板（3）上呈现光斑与网格定位板（3）上中间九个圆点邻近的九个圆点或中央稍大范围九个圆点重合，即沿X、Y轴移动了m个步长，或沿Z轴移动了n个步长，若存在Z轴转角误差，则其实际移动后光斑位置与理想状态下的光斑位置会有偏差，机床沿X、Y、Z轴运动时Z轴方向单步长转角误差可由公式

计算获得。