專利名稱：基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光精密測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床 的幾何精度檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著制造業(yè)和精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的要求日益提高。 因此，如何快速并準(zhǔn)確檢測(cè)出機(jī)床各項(xiàng)誤差并進(jìn)行誤差補(bǔ)償，對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的加工精度 起著及其重要的作用。由于幾何誤差受環(huán)境影響較小，重復(fù)性好，易于進(jìn)行誤差補(bǔ)償，所以 是機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)闹饕芯糠较颉Ｄ壳?，?guó)內(nèi)外用來檢測(cè)數(shù)控機(jī)床幾何誤差的方法有很多，常見的有實(shí)物基準(zhǔn)測(cè)量 法、激光球桿儀、正交光柵測(cè)量法、激光干涉測(cè)量法等，但這些方法在檢測(cè)精度、檢測(cè)效率以 及通用性上存在著不足，不能夠滿足機(jī)床快速、高精度的檢測(cè)要求。隨著機(jī)器人廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，為了適應(yīng)測(cè)量機(jī)器人的動(dòng)作及一些大型工件裝配 的要求，三維坐標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量技術(shù)迅速發(fā)展起來。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)具有快速、動(dòng)態(tài)、高 精度的特點(diǎn)，滿足了大范圍、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、無導(dǎo)軌柔性測(cè)量、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量等新要求，已成 為許多領(lǐng)域中不可替代的工具。國(guó)內(nèi)雖也有采用激光跟蹤儀檢測(cè)機(jī)床的例子，但多為單站 式直接測(cè)量，當(dāng)對(duì)中高檔機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，測(cè)量精度有待進(jìn)一步的提高。激光跟蹤三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)主要是基于球坐標(biāo)法、三角法、多邊法三種原理，按跟 蹤系統(tǒng)的數(shù)量還可將其分為單站、多站兩種配置。采用單站法測(cè)量機(jī)床精度時(shí)，由于轉(zhuǎn)角的測(cè)量精度有限，而且角度測(cè)量本身的測(cè) 量不確定會(huì)隨距離的增大而增大，與激光干涉的測(cè)距精度相差甚遠(yuǎn)，影響了空間坐標(biāo)整體 精度。一般來說，激光測(cè)距可保證1X 10_6的測(cè)量精度，但考慮到測(cè)角誤差的影響，這種系統(tǒng) 的坐標(biāo)測(cè)量不確定度為士 1X 10_5，因此，采用單站法對(duì)高精度機(jī)床檢測(cè)時(shí)，測(cè)量精度難以保 證。多站測(cè)量是基于多邊法定位原理，測(cè)量過程中只用激光跟蹤儀的測(cè)距信息，而不用其測(cè) 角信息，因此具有較高的測(cè)量精度，但需要多臺(tái)激光跟蹤儀同時(shí)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，成本太 高，工程應(yīng)用起來比較困難。綜上所述，針對(duì)目前數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)方法的不足，有必要提出一種新的數(shù)控機(jī) 床精度檢測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的快速和高精度檢測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前檢測(cè)方法不能夠滿足機(jī)床精度的快速、高精度檢測(cè)要求，本發(fā)明的 目的是提供一種基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)方法，該方法具有快速、精度 高等優(yōu)點(diǎn)，適合中高檔數(shù)控機(jī)床的精度檢測(cè)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)方法，其特征在于，包括下 述步驟
(1)多路分時(shí)測(cè)量步驟測(cè)量時(shí)，控制機(jī)床在三維空間進(jìn)給，并在其運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置有多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，一臺(tái)激 光跟蹤儀先后在至少三個(gè)基點(diǎn)位置，對(duì)機(jī)床相同的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)到各測(cè) 量點(diǎn)位置時(shí)，機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，記下該測(cè)量點(diǎn)位置處激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù)，當(dāng)所有測(cè)量點(diǎn)測(cè) 量完成后，得到不同測(cè)量點(diǎn)處激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù)；然后將激光跟蹤儀移動(dòng)到其它基點(diǎn) 位置，重復(fù)上述測(cè)量過程，直至在所有基點(diǎn)位置都完成了對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的測(cè)量；(2)測(cè)量所得數(shù)據(jù)處理步驟包括以下子步驟A、激光跟蹤儀基點(diǎn)位置自標(biāo)定采取每個(gè)基點(diǎn)位置坐標(biāo)單獨(dú)標(biāo)定的原則，設(shè)Atl為機(jī)床初始測(cè)量點(diǎn)，機(jī)床沿著事先 設(shè)定好的路徑運(yùn)動(dòng)，各測(cè)量點(diǎn)的理論坐標(biāo)AiUi, Zi), i = l、2、...n，激光跟蹤儀跟蹤機(jī) 床并實(shí)時(shí)測(cè)量測(cè)量點(diǎn)到基點(diǎn)的距離變化量，假定瞄準(zhǔn)初始測(cè)量點(diǎn)Atl時(shí)，激光跟蹤儀的測(cè)距 讀數(shù)置為0，則在機(jī)床的移動(dòng)過程中，激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù)就是測(cè)量點(diǎn)到基點(diǎn)的相對(duì)距離 變化量，記初始測(cè)量點(diǎn)A0到第一基點(diǎn)P1的距離記為L(zhǎng)1，測(cè)量過程中測(cè)量點(diǎn)Ai到第一基點(diǎn)P1 的相對(duì)距離變化量記為Ili ；設(shè)第一基點(diǎn)P1坐標(biāo)為(X，y，ζ)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)AiUi, Yi, Zi)，按兩點(diǎn)距離公式可以建立 如下方程組
權(quán)利要求
1. 一種基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)方法，其特征在于，包括下述 步驟(1)多路分時(shí)測(cè)量步驟測(cè)量時(shí)，控制機(jī)床在三維空間進(jìn)給，并在其運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置有多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，一臺(tái)激光跟 蹤儀先后在至少三個(gè)基點(diǎn)位置，對(duì)機(jī)床相同的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)到各測(cè)量點(diǎn) 位置時(shí)，機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，記下該測(cè)量點(diǎn)位置處激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù)，當(dāng)所有測(cè)量點(diǎn)測(cè)量完 成后，得到不同測(cè)量點(diǎn)處的激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù)；然后將激光跟蹤儀移動(dòng)到其它基點(diǎn)位 置，重復(fù)上述測(cè)量過程，直至在所有基點(diǎn)位置都完成了對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的測(cè)量；(2)測(cè)量所得數(shù)據(jù)處理步驟 包括以下子步驟A、激光跟蹤儀基點(diǎn)位置自標(biāo)定采取每個(gè)基點(diǎn)位置坐標(biāo)單獨(dú)標(biāo)定的原則，設(shè)Atl為機(jī)床初始測(cè)量點(diǎn)，機(jī)床沿著事先設(shè)定 好的路徑運(yùn)動(dòng)，各測(cè)量點(diǎn)的理論坐標(biāo)&(\，Zi), i = l、2、...n，激光跟蹤儀跟蹤機(jī)床并 實(shí)時(shí)測(cè)量測(cè)量點(diǎn)到基點(diǎn)的距離變化量，假定瞄準(zhǔn)初始測(cè)量點(diǎn)Atl時(shí)，激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù) 置為0，則在機(jī)床的移動(dòng)過程中，激光跟蹤儀的測(cè)距讀數(shù)就是測(cè)量點(diǎn)到基點(diǎn)的相對(duì)距離變化 量，記初始測(cè)量點(diǎn)A0到第一基點(diǎn)P1的距離記為L(zhǎng)1，測(cè)量過程中測(cè)量點(diǎn)Ai到第一基點(diǎn)P1的相 對(duì)距離變化量記為Ili ；設(shè)第一基點(diǎn)P1坐標(biāo)為(X，1，ζ)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)AiUi, Zi)，按兩點(diǎn)距離公式可以建立如下 方程組
2.如權(quán)利要求1所述的基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)方法，其特 征在于，所述步驟(1)中，激光跟蹤儀所在的多個(gè)基站位置應(yīng)不在同一平面，且高度差> IOOmm0
3.如權(quán)利要求1所述的基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)方法，其特征 在于，所述步驟(1)中，每個(gè)基點(diǎn)位置對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)測(cè)量包括正向運(yùn)動(dòng)測(cè)量和反向運(yùn)動(dòng)測(cè)量， 測(cè)量次數(shù)>=2次。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光多路分時(shí)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床幾何精度檢測(cè)方法，采用一臺(tái)激光跟蹤儀先后在不同的基點(diǎn)位置對(duì)機(jī)床相同的3D空間進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理便能夠分離出機(jī)床的各項(xiàng)誤差。測(cè)量過程中，只涉及到位移量的測(cè)量，因此具有較高的測(cè)量精度。由于采用分時(shí)測(cè)量原理，與目前多站測(cè)量原理相比，系統(tǒng)硬件成本大大降低。同時(shí)一次測(cè)量便能夠分離出機(jī)床的各項(xiàng)誤差，檢測(cè)效率大大提高。該方法具有快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適合于中高檔數(shù)控機(jī)床的精度檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102062575SQ20101053910
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者王金棟, 費(fèi)致根, 賈天玖, 鄧玉芬, 郭俊杰 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)