專利名稱：基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機床誤差處理方法，特別涉及一種基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法。
背景技術：
機床的精度與精度穩(wěn)定性是機床的重要技術指標。根據(jù)機械運動的特點，機床的誤差單純依靠提高零件設計、制造和裝配來提高機床的精度并達到高精度較難實現(xiàn)。因此，誤差補償則是數(shù)控機床提高精度的主要方式之一。
現(xiàn)有技術中，數(shù)控機床的誤差補償方法較為常見的有:實物基準測量法、激光干涉測量法、正交光柵測量法、球桿儀等，由于激光干涉儀具有較高的精度，因而激光干涉測量法在機床誤差補償中較為普遍，但激光干涉測量法檢測周期較長；而上述其它方法在檢測效率和檢測精度以及通用性上也存在著不足，不能滿足高精度、快速的檢測要求；特別是對于數(shù)控機床的動態(tài)誤差的補償，存在著明顯的不足。
因此，需要一種適合于對數(shù)控機床進行動態(tài)誤差補償?shù)姆椒?，能夠適用于由于環(huán)境和機械運動產(chǎn)生的誤差補償，且能動態(tài)實時補償機床誤差，具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷和操作簡單等特點。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，能夠適用于由于環(huán)境和機械運動產(chǎn)生的誤差補償，且能動態(tài)實時補償機床誤差，具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷和操作簡單等特點。
本發(fā)明的基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，包括下列步驟；
a.機床啟動并執(zhí)行數(shù)控程序，通過激光跟蹤儀獲取機床主軸箱上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)，并輸送至計算機；
b.將步驟a獲取的實時三維坐標參數(shù)與計算機內(nèi)儲存的機床主軸箱上的刀尖理論運行軌跡相比較，建立三維空間誤差模型，由三維空間誤差模型分解出機床主軸箱上的刀尖各個自由度方向上的誤差分量；
c.將步驟b獲得的誤差分量與計算機內(nèi)儲存的誤差極限值進行比較；誤差分量與誤差極限值比較后如果誤差值在誤差允許的范圍內(nèi)則機床繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行數(shù)控程序，激光跟蹤儀繼續(xù)獲取機床主軸箱上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)并重復步驟b ;否則，計算機向機床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出誤差補償命令，由數(shù)控系統(tǒng)驅動伺服電機完成誤差補償。
進一步，所述激光跟蹤儀的反光球設置于機床主軸箱，步驟a中，機床主軸箱上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)由激光跟蹤儀實測坐標值疊加反光球與機床主軸箱上的刀尖之間的坐標差值獲得；
進一步，步驟c中，誤差補償為閉環(huán)補償:數(shù)控系統(tǒng)驅動伺服電機完成誤差補償，激光跟蹤儀繼續(xù)測量當前反射球的位置信息，重復步驟b并繼續(xù)由數(shù)控系統(tǒng)驅動伺服電機完成誤差補償，直至誤差分量小于等于誤差極限值；
進一步，所述激光跟蹤儀的反光球設置于機床主軸箱上且與機床主軸箱上的刀尖同一 Z軸方向的軸線上。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，采用激光跟蹤儀進行動態(tài)跟蹤檢測，能夠適用于對溫度、濕度嚴格控制的實驗室環(huán)境中使用，而且可以在條件非常惡劣的車間現(xiàn)場環(huán)境中使用，且激光跟蹤儀集合了激光干涉測距、光電探測、精密機械、計算機及控制和現(xiàn)代數(shù)值計算理論，對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標，具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡單等特點；本發(fā)明對機床刀尖進行實時動態(tài)監(jiān)測并實現(xiàn)補償，反應速度快，提高效率；采用本方案所測量的誤差為Z軸上刀具的誤差，為所有系統(tǒng)誤差與隨機誤差所疊加之后的總體誤差，故本方案可以實時動態(tài)的補償所有的誤差值，大大簡化了機床的檢測裝置。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
圖1為本發(fā)明的補償系統(tǒng)結構示意圖2為本發(fā)明原理框圖。
具體實施方式
圖1為本發(fā)明的補償系統(tǒng)結構示意圖，圖2為本發(fā)明原理框圖，如圖所示:本實施例的基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，包括下列步驟；
a.機床4啟動并執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼程序)，通過激光跟蹤儀I獲取機床主軸箱3上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)，并輸送至計算機5 ；
b.將步驟a獲取的實時三維坐標參數(shù)與計算機5內(nèi)儲存的機床主軸箱3上的刀尖理論運行軌跡相比較，建立三維空間誤差模型，由三維空間誤差模型分解出機床主軸箱3上的刀尖各個自由度方向上的誤差分量；各個自由度是指刀尖根據(jù)機床結構，被驅動實現(xiàn)的運動方向，誤差分量是指該自由度方向上所產(chǎn)生的誤差值；
c.將步驟b獲得的誤差分量與計算機5內(nèi)儲存的誤差極限值進行比較；誤差分量與誤差極限值比較后如果誤差值在誤差允許的范圍內(nèi)則機床4繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼程序)，激光跟蹤儀繼續(xù)獲取機床主軸箱3上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)并重復步驟b ;否則，計算機5向機床4的數(shù)控系統(tǒng)6發(fā)出誤差補償命令，由數(shù)控系統(tǒng)6驅動伺服電機完成誤差補償；伺服電機包括用于驅動機床完成刀尖實現(xiàn)各個自由度的伺服電機，屬于現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
本實施例中，所述激光跟蹤儀I的反光球2設置于機床主軸箱3，步驟a中，機床主軸箱3上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)由激光跟蹤儀實測坐標值疊加反光球2與機床主軸箱3上的刀尖之間的坐標差值獲得；反光球2放置于機床主軸箱3，方便激光跟蹤儀的安裝，避免與機床主軸箱3的運動相干擾，保證機床4運行的同時保證結果的準確性。
本實施例中，步驟c中，誤差補償為閉環(huán)補償:數(shù)控系統(tǒng)6驅動伺服電機完成誤差補償，激光跟蹤儀I繼續(xù)測量當前反射球2的位置信息，重復步驟b并繼續(xù)由數(shù)控系統(tǒng)6驅動伺服電機完成誤差補償，直至誤差分量小于等于誤差極限值；較高效率的實現(xiàn)誤差補償，而該誤差補償只與激光跟蹤儀I的檢測結果有關，與外界環(huán)境無關。本實施例中，所述激光跟蹤儀I的反光球2設置于機床主軸箱3上且與機床主軸箱3上的刀尖同一 Z軸方向的軸線上，避免其他方向自由度的誤差疊加，僅需在Z軸方向上疊加距離尺寸即可，提高檢測精度3軸是指曲軸箱的直接滑動進給方向。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，其特征在于:包括下列步驟； a.機床啟動并執(zhí)行數(shù)控程序,通過激光跟蹤儀獲取機床主軸箱上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)，并輸送至計算機； b.將步驟a獲取的實時三維坐標參數(shù)與計算機內(nèi)儲存的機床主軸箱上的刀尖理論運行軌跡相比較，建立三維空間誤差模型，由三維空間誤差模型分解出機床主軸箱上的刀尖各個自由度方向上的誤差分量； c.將步驟b獲得的誤差分量與計算機內(nèi)儲存的誤差極限值進行比較；誤差分量與誤差極限值比較后如果誤差值在誤差允許的范圍內(nèi)則機床繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行數(shù)控程序，激光跟蹤儀繼續(xù)獲取機床主軸箱上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)并重復步驟b ;否則，計算機向機床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出誤差補償命令，由數(shù)控系統(tǒng)驅動伺服電機完成誤差補償。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，其特征在于:所述激光跟蹤儀的反光球設置于機床主軸箱，步驟a中，機床主軸箱上的刀尖的實時三維坐標參數(shù)由激光跟蹤儀實測坐標值疊加反光球與機床主軸箱上的刀尖之間的坐標差值獲得。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，其特征在于:步驟c中，誤差補償為閉環(huán)補償:數(shù)控系統(tǒng)驅動伺服電機完成誤差補償，激光跟蹤儀繼續(xù)測量當前反射球的位置信息，重復步驟b并繼續(xù)由數(shù)控系統(tǒng)驅動伺服電機完成誤差補償，直至誤差分量小于等于誤差極限值。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，其特征在于:所述激光跟蹤儀的反光球設置于機床主軸箱上且與機床主軸箱上的刀尖同一 Z軸方向的軸線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光跟蹤儀的機床誤差動態(tài)補償方法，采用激光跟蹤儀進行動態(tài)跟蹤檢測，不僅適用于對溫度、濕度嚴格控制的實驗室環(huán)境中使用，而且可以在條件較惡劣的車間現(xiàn)場環(huán)境中使用。激光跟蹤儀集合了激光干涉測距、光電探測、精密機械、計算機及控制和現(xiàn)代數(shù)值計算理論，對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標，具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡單等特點。本發(fā)明基于激光跟蹤儀測量結果對機床進行動態(tài)監(jiān)測并實時補償，采用本方案所測量的誤差為所有系統(tǒng)誤差與隨機誤差所疊加之后的總誤差，故本方案可以實時動態(tài)補償所有的誤差值，大大提高機床的系統(tǒng)精度且簡化了機床的檢測裝置。
文檔編號B23Q17/24GK103143984SQ20121047402
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權日2013年4月9日
發(fā)明者陶桂寶, 留成源, 谷立恒, 邵璟, 陳敏超, 樊星光, 王世橋 申請人:重慶大學