[发明专利]一种非接触式R-test测量仪的结构参数优化方法

说明书

本发明公开了一种非接触式R‑test测量仪的结构参数优化方法，属于非接触式R‑test五轴数控机床转动轴误差测量仪器领域；其方法包括步骤1：建立采用电涡流位移传感器的非接触式R‑test测量仪的结构模型，并对结构模型的坐标进行预处理；步骤2：基于步骤1和传感器测得的感应电压构建测量灵敏度方程获得灵敏度最大化对应的传感器仰角；步骤3：基于灵敏度最大化的结构模型计算各传感器的测量约束方程；步骤4：计算同时满足测量约束方程的测量点个数即测量空间体积后，获得测量空间最大化对应的传感器中心间距，完成结构参数优化；解决了现有接触式R‑test测量仪因接触磨损和机械结构导致传感器读数灵敏度差和测量精度低等问题，实现了测量仪的精确测量。

技术领域

本发明属于非接触式R-test五轴数控机床转动轴误差测量仪器领域，尤其是一种非接触式R-test测量仪的结构参数优化方法。

背景技术

随着机床使用寿命的增加，由于磨损、变形等原因，机床各部件几何精度降低，使其加工精度下降。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，一般采用激光干涉仪、球杆仪等进行间接测量，存在测量效率低、测量精度受到安装误差影响等问题；相比上述仪器的不足，R-test测量仪结合五轴数控机床的RTCP\RPCP联动功能，可直接测量辨识获取转动轴的几何误差、主轴的运动误差、热变形误差等，实现简便测量机床转动轴的几何误差；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；现有技术中关于其的研究甚少，关于R-test测量仪的研究集中于接触式测量方式，其中刘大炜、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；接触式R-test测量仪测量算法简单，且传感器安装位置偏差不会对测量结果构成影响，但其机械结构导致传感器的读数敏感度不高，接触带来磨损，导致测量精度低。非接触式R-test测量仪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，但是现有技术中对非接触式R-test测量仪的研究甚少；非接触式R-test测量仪的主要性能指标受测量仪的结构参数的影响较大，因此需要一种方法优化非接触式R-test测量仪的结构参数，实现非接触式R-test测量的高灵敏度和较大的测量空间。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种非接触式R-test测量仪的结构参数优化方法，解决现有接触式R-test测量仪因接触磨损和机械结构导致测量灵敏度差和测量精度低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种非接触式R-test测量仪的结构参数优化方法，包括如下步骤：

步骤1：建立采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪的结构模型，并对结构模型的坐标进行预处理；

步骤2：根据预处理后的结构模型和电涡流位移传感器测得的感应电压构建测量灵敏度方程获得灵敏度最大化对应的传感器仰角α；

步骤3：基于灵敏度最大化的结构模型计算各电涡流位移传感器的测量约束方程；

步骤4：计算同时满足测量约束方程的测量点个数即测量空间体积后，获得测量空间体积最大化对应的传感器中心间距λ，完成结构参数优化。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：建立包括均匀分布的三个非接触式电涡流位移传感器和一个测量球的结构模型；

步骤1.2：定义三个传感器底端中心点所在平面ΔABC为基准面，传感器轴线与基准面的夹角均为传感器仰角α；

步骤1.3：建立测量坐标系XYZ，坐标系Z轴与测量仪中心轴线重合，坐标系的XOY坐标面与基准面平行。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：