[发明专利]一种基于球杆仪的数控机床直线轴线性误差的检测方法

说明书

本发明提供一种基于球杆仪的数控机床直线轴线性误差的检测方法，应用于检测数控机床直线轴的线性误差，该线性误差包括定位误差和直线度误差，该方法基于球杆仪在设定的5个圆轨迹下进行检测，对线性误差使用正弦函数合集的方法预拟合，使用粒子群算法求解系数，求解出直线轴的定位误差和直线度误差。本发明使用球杆仪对运动轴的线性误差进行有效且快速地检测，对机床的精度提升具有重大的意义。

技术领域

本发明涉及一种误差的检测方法，具体涉及一种基于球杆仪的数控机床直线轴线性误差的检测方法。

背景技术

机床直线轴的线性误差包括定位误差和直线度，在中小型的数控机床中，线性误差对空间误差的影响非常大，是引起机床空间误差的重要组成部分。对于机床直线轴的线性误差的测量方法主要有直接测量法和间接测量法，主要使用的测量工具是激光干涉仪和球杆仪。激光干涉仪对操作者需要一定的技巧和熟练度，对光需消耗较长时间，且设备价格昂贵。球杆仪操作相对简单，对操作人员没有较高的专业技能要求，并且球杆仪的价格较激光干涉仪更加低廉。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于球杆仪的数控机床直线轴线性误差的检测方法，基于球杆仪在设定的路径下进行检测，间接得出数控机床的直线轴的定位误差和直线度误差。

本发明提供了一种基于球杆仪的数控机床直线轴线性误差的检测方法，用于求解数控机床直线轴线性误差，该线性误差包括定位误差和直线度误差，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，采用球杆仪进行圆测试，在球杆仪的XOY平面上，以球杆仪的球心O为基准点，Δx、Δy分别表示圆轨迹上的X、Y方向的误差分量，而后按照空间误差模型，忽略各转角误差，从而得到Δx、Δy与线性误差的关系式为：

步骤2，在XOY平面选取5个半径为r的圆作为球杆仪的检测路径，并将5个圆分别记为圆0、圆1、圆2、圆3、圆4和圆5，而后在每个圆上均匀采集360个点所对应的杆长变化量Δr；

步骤3，以圆0的圆心O为基准点，记其坐标为(x₀，y₀)，圆1～圆4上任意一点(x，y)的杆长的公式为：

r·Δr_i＝(x-x_i)·(Δx-Δx_i)+(y-y_i)·(Δy-Δy_i) (2)；

步骤4，采用3个正弦函数之和对定位误差和直线度误差进行表示，具体为：

步骤5，采用粒子群PSO算法进行系数求解，构建的PSO算法求解系数部分的适应度函数如下：

步骤6，在粒子群PSO算法中设定定位误差和直线度误差的区间，并判断计算得到的定位误差和直线度误差是否超过定位误差的区间和直线度误差的区间，当判断为超过上述区间时，在粒子群算法求解程序中对当前粒子的适应度值f(X)进行更改，继续迭代计算，当判断为没有超过上述区间时，则迭代计算最小适应度值f(X)下得到的定位误差和直线度误差，定位误差和直线度误差即为数控机床直线轴的线性误差，

式(1)中，d_x(x)表示X轴X方向的定位误差，d_y(x)表示X轴Y方向的直线度误差，二者是x的函数，d_y(y)表示Y轴Y方向的定位误差，d_x(y)表示Y轴X方向的直线度误差，二者是y的函数，d_x(x)、d_y(x)、d_y(y)、d_x(y)均表示以圆心O为基准的相对变化量，