[发明专利]一种大型龙门五面加工中心的几何误差快速辨识方法

权利要求书

1.一种大型龙门五面加工中心的几何误差快速辨识方法，先建立机床的几何误差模型，采用球杆仪对机床进行测量分析，将球杆仪的测量数据代入几何误差模型中，得到多项几何误差参数的超定方程组；对超定方程组进行求解，得到各项几何误差值；其特征在于，先采用模拟退火粒子群算法得到群体最优解，再将群体最优解作为LM算法的初值对上述超定方程组进行仿真求解；

机床的几何误差模型采用如下步骤建立：

先确定机床的几何误差，其中，

沿X轴移动的误差分别为：定位误差δ_x(X)，Y方向上的直线度误差δ_y(X)，Z方向上的直线度误差δ_z(X)，滚转误差ε_x(X)，偏摆误差ε_y(X)和俯仰误差ε_z(X)；

沿Y轴移动的误差分别为：定位误差δ_y(Y)，X方向上的直线度误差δ_x(Y)，Z方向上的直线度误差δ_z(Y)，滚转误差ε_y(Y)，偏摆误差ε_x(Y)和俯仰误差ε_z(Y)；

沿Z轴移动的误差分别为：定位误差δ_z(Z)，X方向上的直线度误差δ_x(Z)，Y方向上的直线度误差δ_y(Z)，滚转误差ε_z(Z)，偏摆误差ε_x(Z)和俯仰误差ε_y(Z)；

沿W轴移动的误差分别为：定位误差δ_z(W)，X方向上的直线度误差δ_x(W)，Y方向上的直线度误差δ_y(W)，滚转误差ε_z(W)，偏摆误差ε_x(W)和俯仰误差ε_y(W)；

再确定X、Y、Z、W坐标轴之间因正交而形成的垂直度误差，包括X轴与Y轴之间垂直度误差S_xy，Y轴与Z轴之间的垂直度误差S_yz，Z轴与X轴之间的垂直度误差S_zx，W轴与Y轴之间的垂直度误差S_yw和W轴与X轴之间的垂直度误差S_wx；

将机床分为工件分支与刀具分支，分别得到工件相对于机床的位置矩阵和刀具相当于机床的位置矩阵，二者的差值即为刀具和工件的相对位移误差矩阵，即机床的几何误差矩阵；

工件相对于机床的位置矩阵采用如下方式获得：

X轴相对于床身R的含有几何误差的齐次变换矩阵为：

则床身R到X轴坐标系的包含几何误差的齐次坐标变换矩阵为：

若工件理论加工点在工件坐标系中的位置坐标矢量为：

T_B＝[X_B Y_B Z_B 1]^T

则工件B相对于床身R的包含几何误差的齐次坐标变换矩阵为：

刀具相当于机床的位置矩阵采用如下方式获得：

先固定Z轴,获得床身R到W轴的齐次坐标变换、由W轴到Y轴的齐次坐标变换、由Y轴到刀具的齐次坐标变换分别为：

若机床刀具尖端在刀具坐标系中的位置坐标矢量为：

T_t＝[0 0 0 1]^T

则刀具刀尖T相对于床身R的含有几何误差的齐次变换矩阵为：

再固定W轴，获得床身R到Y轴的齐次坐标变换、由Y轴到Z轴的齐次坐标变换、由Y轴到刀具的齐次坐标变换分别为：

若机床刀具尖端在刀具坐标系中的位置坐标矢量为：

T_t＝[0 0 0 1]^T

则刀具刀尖T相对于床身R的含有几何误差的齐次变换矩阵为：

将刀具相当于机床的齐次坐标变换矩阵减去工件相对于机床的齐次坐标变换矩阵得到刀尖和工件的相对位移误差矩阵，即机床的几何误差矩阵：

对进行求救，并舍去误差三次项及高次项，得到简化后的沿X、Y、Z坐标轴运动的几何误差模型。