[发明专利]轴运动校正的方法

说明书

本发明涉及轴运动校正的方法。提供了一种用于定位机器的几何运动误差的机械校正的方法，所述定位机器具有至少两个机器框架部件和用于机器框架部件的相对移动的至少一个轴移动组件，所述至少一个轴移动组件包括多个轴导向部件，每个轴导向部件和每个机器框架部件具有安装表面。为考虑的轴确定安装表面校正轮廓，而所述安装表面校正轮廓描述根据所述考虑的轴的机械校正的位置变化的校正量。确定的安装表面校正轮廓通过加工被施加至轴导向部件的安装表面或所述考虑的轴的机器框架部件的安装表面。

技术领域

本发明涉及一种机械校正方法，以提高诸如机床、测量机、机械手和机器人的定位机器的轴移动的几何精度。

背景技术

机床、坐标测量机等是高精度定位机器，其构建由基座和连接工件和刀具侧的多个线性和/或旋转轴构成的结构环。结构环被定义为机械部件的组件，这些部件在指定对象之间保持相对位置。在机床中，结构环包括机器框架、导轨、轴承、驱动器、传动装置以及刀具和工件夹具。机器框架包括床、立柱、台、控制台、横梁等。

这些部件的主要任务是在关于精度和速度的附加要求下，提供工件侧和刀具侧在刀具中心点(TCP)处的相对运动，同时还提供机械刚度，以最小化预期运动的偏差。

在机床中，许多零件相互作用以达到最终精度，例如几何运动误差、热机械误差、载荷、动态力和运动控制。在这方面引用了以下文件：Schwenke H., Knapp W., HaitjemaH., Weckenmann A., Schmitt R., Delbressine F.,Geometric error measurementand compensation of machines - An update, Annals of the CIRP 57(2), pp.660-675。

在硬件方面，要解决几何运动误差和载荷，以提高机器的静态或准静态精度。

几何运动误差是由于机器部件的几何形状和尺寸不完美以及它们在机器结构环中的配置、轴未对准和机器测量系统中的误差导致的误差。对于几何误差的描述，在ISO230-1中区分了误差运动和位置及取向误差，并显示了对应的测量程序。对于在TCP处的最终位移的测试，ISO 230-2重点描述了数控轴的定位的精度和可重复性。除此之外，ISO230-11还涉及适用于机床几何测试的测量仪器。在ISO 10791-1和ISO 10791-2测试中定义了互补性，而在ISO 10791-4中定义了ISO 230-2中给出的定位测试的公差。

由于机器部件的有限刚度，它们的位置和尺寸会因内力和外力而改变。在某些情况下，例如工件或机器的移动托架的重量和位置对机器的精度有显著影响。例如，如果直的导轨由于移动滑块的重量而弯曲，滑块将显示竖直直线度偏差和俯仰误差运动。

由于机器部件中影响TCP处的精度的众多几何偏差不能通过专门制造以合理努力减少，机床(MT)和坐标测量机(CMM)中的系统误差的补偿的历史由来已久。

存在基本上不同的方式来补偿机器中的误差；例如，托架导向件的直线度误差可以通过纯硬件技术(例如刮削导向件)或软件技术(修改指示托架横向位置的数字)来补偿。

基于测量的软件补偿受到许多方面的限制，包括测量的不确定性和机械系统的可重复性。误差的变化率分别限定了测量和校正点的密度。对于1m³的工作体积，50mm的点间隔导致2.7万个体积3D误差补偿值。需要数字控制(NC)在运动过程中在线生成校正的设定点的能力。对具有明显滞后的机器应用数值补偿也可能具有负面影响。例如，为了加工XY平面，Z轴将以小的增量连续移动并改变方向，以补偿X轴和Y轴的竖直直线度偏差，这可能导致平面度的提高。然而，这种运动与Z轴的滞后结合可能会损害表面光洁度质量。另外，为了校正旋转误差，将需要相应的旋转轴，旋转轴在三轴机器的情况下是不可用的。

在CMM上，只有接触点的3D位置是感兴趣的，并且可以在探测之后离线确定，而在MT上，通常必须在整个移动过程中实时控制5或6个自由度。