[发明专利]基于坐标变换的导轨滑台运动的几何误差辨识方法

说明书

本发明属于数控机床几何误差研究领域，并公开了基于坐标变换的导轨滑台运动的几何误差辨识方法，其通过使用三坐标测量机测量导轨滑台在移动过程中的位置点，建立相对坐标系，然后基于齐次坐标变换的方法对移动过程中的几何误差进行求解，并得出滑块移动过程中的几何误差，以此来计算出导轨滑块的几何运动误差，以此实现测量精密导轨几何运动误差的目的，具有精确的优点和一定可行性，可用于小型导轨滑台几何运动误差的分析研究。

技术领域

发明属于数控机床几何误差研究领域，更具体地，涉及基于坐标变换的导轨滑台运动的几何误差辨识方法。

背景技术

直线导轨运动过程中带来的几何误差是影响零件加工和机床精度的重要组成部分。

导轨滑块在运动时存在沿导轨方向的定位误差，垂直于导轨方向的水平直线度误差和垂直直线度误差，俯仰角误差，偏摆角与摆角误差等六个自由度误差。

目前测量几何误差的方法主要有传统的几何光学六自由度测量方法，基于激光干涉仪和准直仪的组合测量方法和基于激光跟踪干涉仪的测量方法，这些方法有些精度不高，而且系统过于复杂，另外激光测量的方法，测量过程复杂，空间占用较大，不适用微小精密导轨，且仪器昂贵。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了基于坐标变换的导轨滑台运动的几何误差辨识方法，其目的在于计算出滑块在移动过程中的几何误差，由此解决导轨滑台在运动过程中的几何误差的测量和获取的难题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了基于坐标变换的导轨滑台运动的几何误差辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)安装钢块：将钢块固定安装在导轨滑台的滑块的顶端面上，其中，所述钢块为长方体形状；

(2)获取测量数据：

将导轨滑台固定在三坐标测量机上，将所述滑块移动到导轨滑台的一端并暂停，将滑块停留的该位置作为第1个位置点；

然后再从第1个位置点出发，沿着同一方向分别移动滑块并让滑块停留多个位置，令从第1个位置点出发后停留的每个位置分别为第k个位置点，其中，k＝2,3…N，N为位置点的总数；此外，在每个位置点均采用三坐标测量机对钢块上两两相邻且两两垂直的共三个面进行测量，并且每个面至少测量三个点的数据，这三个面分别为面s₁、面s₂和面s₃；

(3)几何误差的辨识：

以三坐标测量机的机器坐标系为参考坐标系，在参考坐标系下，通过计算齐次坐标变换矩阵，获得滑块在不同位置点时，滑块相对于所述机器坐标系进行坐标变换后的相对坐标系，再以滑块在第1个位置点的相对坐标系作为基准坐标系，分别获得其余位置点相对于所述基准坐标系进行坐标变换后的坐标变换矩阵。

优选地，步骤(3)具体辨识过程如下：

3.1)滑块在第j个位置点时，根据三坐标测量机测得的面s_i上的点的数据，获得面s_i的方程如下：a_ix+b_iy+c_iz+d_i＝0；

进而获得面s_i的法向量为

其中，j＝1,2…N，a_i,b_i,c_i,d_i为面s_i的平面方程系数，i＝1,2,3；

3.2)根据步骤3.1)的三个面的方程，获得这三个面的交点g(x_j0,y_j0,z_j0)；