[发明专利]一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪球心坐标计算方法

说明书

本发明公开一种采用电涡流位移传感器的非接触式R‑test测量仪球心坐标计算方法，针对非接触式R‑test测量仪的设计和测量特点，标定非接触式R‑test测量仪测量坐标系；根据电涡流位移传感器感应电压特性曲线方程及传感器感应平面方程，利用差分进化算法求解精确球心点在测量坐标系中的坐标结果。本发明可以实现五轴数控机床刀具刀位点的三向位移误差的精确测量，测量精度、范围和稳定性更好。

技术领域

本发明涉及数控机床误差测量技术领域，具体为一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪球心坐标计算方法。

背景技术

随着加工精度的提高，对五轴数控机床的几何误差测量也日益重要，针对五轴数控机床的转动轴，准确测量机床刀尖点的误差是进行误差补偿以提高其加工精度的关键，而对机床转动轴的几何误差测量尚未有专用的精密测量仪器和规范，目前通常采用的测量仪器是球杆仪和激光干涉仪。然而，这些测量仪器并非专用于转动轴的误差测量，且存在效率较低、安装误差难以消除等不足。相比上述仪器的不足，R-test测量仪具有结构简单、测量效率高等优点，可以较好的满足五轴数控机床转动轴的几何误差测量要求。FIDIA、IBS等公司已有相应的商业化产品，并在行业内得到了较好的应用。

R-test测量仪主要采用两种测量方式，即通过接触式位移传感器或非接触式位移传感器测量中心球球心坐标。现有关于R-test测量仪的研究大多集中于接触式测量方式，刘大炜、李亮亮等提出了采用接触式位移传感器的R-test仪器的测量原理，并对其结构进行了优化分析。Bringmann B、Ibaraki S等应用采用接触式位移传感器的R-test仪器对五轴数控机床旋转轴的误差辨识理论进行了分析，并用相应的实验及仿真验证了该设备的有效性。Li J提出一种了采用非接触式位移传感器的R-test仪器，并对该设备的辨识算法进行了分析。接触式R-Test仪器测量算法较简单，且传感器安装位置偏差不会对测量结果构成影响，但由于机械结构问题导致传感器的读数敏感度不高，同时接触磨损也一定程度上影响了测量精度。非接触式R-test仪器可以避免测量磨损产生的测量误差，并可以在主轴高速转动条件下进行测量，测量敏感度和稳定性更好，但球心坐标测量算法复杂且尚未完善。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可以完成机床主轴刀位点的三向跳动误差的精确测量，并避免接触磨损产生的测量误差，同时可以在主轴高速转动条件下进行测量，测量范围和稳定性更好的非接触式R-test测量仪的球心坐标计算方法。技术方案如下：

一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪球心坐标计算方法，包括以下步骤：

步骤1：建立测量坐标系：

将测量球安装在机床主轴上，测量仪底面放置在机床工作台上，移动主轴使测量球大致位于3个电涡流位移传感器的中心位置；建立测量坐标系，其原点与3个传感器的感应平面的距离基本一致，XY坐标面与基准面平行；

步骤2：计算非接触式R-test测量仪的测量球心坐标：

a)当测量球在测量范围内径向偏离传感器轴线所产生的感应电压变化可忽略时，传感器的感应电压特性曲线方程为：

其中，U_i为感应电压，L_i为测量球心到第i个传感器感应平面的距离，k_i、m_i、q_i为传感器感应电压特性曲线方程系数，均为常数；

在测量坐标系下设3个传感器感应平面的方程为：

a_ix+b_iy+c_iz+d_i＝0 i＝1,2,3 (2)

根据点到平面的距离公式，再结合式(1)构建下列方程组：