[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

说明书

一种基于激光点阵数控机床在线误差测量系统与方法，利用本发明的方法可以实现数控机床无人化、不停机、实时、高效误差检测，为构建数控误差实时智能补偿提供了依据，该方法可实现数控机床无人化、不停机、实时、高效误差检测，并具有灵敏度高、操作简便，准确性高等优点。

技术领域

本发明属于数控机床误差测量技术领域，具体涉及一种基于激光 点阵数控机床在线误差测量系统与方法。

背景技术

数控机床是一种集计算机、自动控制、精密检测、信息和先进制 造等前沿技术为一体的设备，是工业现代化的基础，也是关系国民经 济和国防安全的重要装备。而数控机床正是装备制造业实现智能化制 造的工作母机，因此在我国只有加快发展智能数控机床，才能尽早的 实现中国式智能制造。

要实现智能数控机床，第一个要素就是尽可能利用机器替代工人 实现操作，同时要求机器比人工作效率更高、加工精度更高。为了实 现这一目的，数控机床技术研究要尽可能实现将原来必要的人工操作 转变为机器自动化、智能化操作。在数控机床智能化改进领域中，数 控机床加工误差智能化补偿是一个重要研究课题。现行的误差补偿都 是先利用数控机床长期运行数据构建误差产生模型，再根据误差模型 分析建立误差补偿模型，通过叠加反馈补偿方式实现提高数控机床加 工精度和稳定性。而这些误差补偿过程中，误差模型的构建依赖于机 床误差的精确测量。目前常用的机床误差测量方法有激光干涉仪法、双球规法、平面光栅法等。然而这些方法为了安装测量设备往往需要 停机后实施误差测量，而且测量过程大部分操作需要人工完成。

发明内容

为了客服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于激 光点阵数控机床在线误差测量系统与方法，利用本发明的方法可以实 现数控机床无人化、不停机、实时、高效误差检测，为构建数控误差 实时智能补偿提供了依据，该方法可实现数控机床无人化、不停机、 实时、高效误差检测，并具有灵敏度高、操作简便，准确性高等优点。

为了实现上述目的，本发明才用的技术方案是：

一种基于激光点阵数控机床在线误差测量系统与方法，包括数控 机床、激光点阵发生装置、网格定位板、工业相机、计算机，激光点 阵发生装置由刀柄、激光发生装置、光栅和光栅固定装置组成，激光 点阵发生装置可置于数控机床到盘内，网格定位板固定于数控机床的 加工平面上，工业相机固定于数控机床上，其镜头角度保证能准确全 面的拍摄到网格定位板，计算机连接工业相机与数控机床的数控系 统。

所述的光栅可将激光发生器产生的单束光转化为3×3均匀排布 的九束光阵列，其中每排最外侧两束光互成θ角。

所述的网格定位板为漫反射精细网格板。

所述的网格定位板有用于标定激光光斑位置的圆点阵，相邻两个 圆点之间的距离是X、Y轴移动步长的整数m倍，同时使Z轴移动整 数n倍步长后九个光斑可以与中间范围稍大的九个圆点重合。

一种基于激光点阵的三轴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，包括以下步骤：

第一步，校准：

设置数控程序将激光点阵发生装置换到主轴上，通过数控编程使 激光点阵发生装置移动到网格定位板上方，工业相机连续拍摄，通过 计算机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；