[发明专利]基于组合面型的数控机床直行误差辨识方法

说明书

本发明涉及一种基于组合面型的数控机床直行误差辨识方法，通过待测机床测量已标定的旋转抛物面与平面组合阵列基准件，直接或间接地测量数控机床直行运动时产生的6项几何误差，包括定位误差，水平直线度误差，垂直直线度误差，滚转角，偏摆角和俯仰角；所述的旋转抛物面与平面组合阵列基准件，包括一维基准件，以及固定在其上的多个基准靶标，每个基准靶标包括旋转抛物面和平面，旋转抛物面用以辨识位置误差，平面用以辨识角度误差，通过机床主轴带动角度传感器在一维基准件上进行测量得到直行运动产生的6项几何误差。

技术领域

本发明涉及一种数控机床直行几何误差的辨识方法。将旋转抛物面与平面组成的一维阵列，并基于这种新型检具实现数控机床直行时位置误差与角度误差的测量。

背景技术

数控机床作为机械制造业母机，其加工精度不足是阻碍制造业发展的主要因素。几何误差参数检测与补偿技术是提高机床加工精度的有效手段，然而目前缺少快速、高精度、低成本的机床几何运动误差检测方法，是我国机械加工行业亟待解决的关键问题之一。

激光干涉仪、跟踪仪在精度、测量范围方面具有无可比拟的优点，但是价格昂贵，对检测人员要求高。面对机床误差检测向快速化、自动化方向发展的趋势，干涉仪在调整、测量效率等方面上也略显不足。球板作为ISO推荐方法之一，但是重量大，操作困难。基于激光准直方法的多自由度误差测量技术是机床几何误差检测领域的一个研究热点，一次测量能同时获得直线导轨的多项直线位移和角位移误差参数，但是难以得到定位误差，并且该方法中涉及的大气干扰、耦合误差等因素还需要进一步研究。

为解决此技术瓶颈难题，本发明拟采用角度传感器扫描旋转抛物面反射镜、平面反射镜组合阵列方式，研究直行导轨6自由度检测技术。中国专利CN109163658A提出一种标定平面镜与旋转抛物面镜组合阵列位置和角度基准的标定方法，本发明在此基础上进一步建立基于组合阵列的机床几何运动误差快速检测方案。本发明提出的组合式光学测量系统为机床直行运动误差高精度检测提供了新的方法，对于满足制造企业机床运动误差定期快速检测的需要，保持或提升数控机床加工精度，增强我国装备制造能力具有重要的理论意义和社会价值。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于组合面型的数控机床直行误差辨识装置及方法，该方法能实现机床直行几何误差的光学非接触检测，测量效率高，测量精度高，并能够方便和其他自由度测量系统集成，促进多自由度测量技术的发展。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种基于组合面型的数控机床直行误差辨识方法，通过待测机床测量已标定的旋转抛物面与平面组合阵列基准件，直接或间接地测量数控机床直行运动时产生的6项几何误差，包括定位误差δ_x(x)，水平直线度误差δ_y(x)，垂直直线度误差δ_z(x)，滚转角ε_x(x)，偏摆角ε_z(x)和俯仰角ε_y(x)；所述的旋转抛物面与平面组合阵列基准件，包括一维基准件，以及固定在其上的多个基准靶标，每个基准靶标包括旋转抛物面和平面，旋转抛物面用以辨识位置误差，平面用以辨识角度误差，通过机床主轴带动角度传感器在一维基准件上进行测量得到直行运动产生的6项几何误差，步骤如下：

先用激光干涉仪或者比待测机床精度更高的机床标定各个基准靶标之间的相对位置与角度关系，对于每一个旋转抛物面，都存在一点使得该点处的切平面与该抛物面对应的平面平行，该点被定义为此抛物面的特征点；在基准件坐标系中，设第一个靶标的抛物面特征点坐标为(0，0)，平面二维角度为(0，0)；用高精度方法标定出其他靶标的抛物面特征点坐标与第一个抛物面特征点坐标的差值(X_Fi，Y_Fi)，以及相对角度坐标(θ_xi，θ_yi)；