專利名稱：基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光精密測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法。
背景技術(shù)：
機(jī)床的精度與精度穩(wěn)定性是機(jī)床的重要技術(shù)指標(biāo)。單純依靠提高零件設(shè)計(jì)、制造和裝配的水平來提高機(jī)床的加工精度成本昂貴甚至難以實(shí)現(xiàn)。快速準(zhǔn)確地對機(jī)床系統(tǒng)誤差的測量與補(bǔ)償已成為提高機(jī)床加工精度的重要途徑之一。影響機(jī)床加工精度的因素很多，如幾何誤差、力變形誤差、熱變形誤差、動態(tài)誤差等，其中幾何誤差對機(jī)床加工精度的影響最大，作為系統(tǒng)誤差，易于進(jìn)行誤差補(bǔ)償，所以是機(jī)床誤差檢測與補(bǔ)償?shù)闹饕芯糠较?。目前，檢測數(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)測量法、激光干涉測量法、正交光柵測量法、球桿儀等，其中以激光干涉儀最為常用，激光干涉儀雖具有較高的測量精度，但檢測周期較長，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。二十世紀(jì)八十年代以來，為了適應(yīng)測量機(jī)器人的動作以及一些大型工件裝配的要求，三維坐標(biāo)動態(tài)跟綜測量技術(shù)迅速發(fā)展起來。目前， 一些國家已將激光跟蹤儀應(yīng)用到機(jī)床精度檢測領(lǐng)域，我國雖也有采用激光跟蹤儀對機(jī)床進(jìn)行精度檢測，但多為單站法直接測量，由于轉(zhuǎn)角的測量精度有限，而且角度測量本身的測量不確定會隨距離的增大而增大。同時由于大氣折射率的影響，角度本身也難于精確測量，與激光干涉的測量精度相差甚遠(yuǎn)，影響了空間坐標(biāo)整體精度，當(dāng)檢測高精度數(shù)控機(jī)床時，測量精度無法保證。綜上所述，針對現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床精度檢測方法的不足，有必要提出一種能夠快速、準(zhǔn)確檢測出數(shù)控機(jī)床精度的新方法，為提高數(shù)控機(jī)床精度奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法，并給出該方法的測量步驟以及測量數(shù)據(jù)處理過程，該方法具有快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同類型數(shù)控機(jī)床的精度檢測要求。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)的一種基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法，其特征在于，包括下述步驟(1)多路分時測量步驟測量時，控制數(shù)控機(jī)床按照預(yù)先設(shè)定的路徑在三維空間或二維平面進(jìn)給，并在其運(yùn)動路徑上設(shè)置有多個測量點(diǎn)，其中Atl為初始測量點(diǎn)，一臺激光跟蹤儀先后在至少三個基站位置，對數(shù)控機(jī)床相同的運(yùn)動軌跡進(jìn)行測量，當(dāng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動到各測量點(diǎn)位置時，數(shù)控機(jī)床停止運(yùn)動，記下該測量點(diǎn)位置處激光跟蹤儀的測距讀數(shù)和測角讀數(shù)，當(dāng)所有測量點(diǎn)測量完成后，得到不同測量點(diǎn)處的激光跟蹤儀的測量數(shù)據(jù)；然后將激光跟蹤儀移動到其它基站位置，重復(fù)上述測量過程，直至在所有基站位置都完成了對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動的測量；
(2)測量所得數(shù)據(jù)處理步驟包括以下子步驟A、基站位置初值的確定將測量點(diǎn)在儀器坐標(biāo)系XYZ下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到機(jī)床坐標(biāo)系X' Y' Z'下，利用測量得到的0' V軸上多個測量點(diǎn)的坐標(biāo)擬合出0' V軸在XYZ坐標(biāo)系中的方向余弦，同理擬合出0' Y'的方向余弦；根據(jù)向量積的運(yùn)算，得到0' Z'軸的方向余弦；設(shè)0' X'、 0' Y'和0' Z'三軸矢量在XYZ坐標(biāo)系下的方向余弦分別為ai =隊(duì)，??！^，叫}、 ={12， m2, n2}、a3 = {13, m3, n3},X' Y' V坐標(biāo)系原點(diǎn)0'即激光跟蹤儀所測得初始測量點(diǎn)Atl在XYZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X。，y。，Ztl)，令XYZ坐標(biāo)系中任一點(diǎn)P(X，y，ζ)在X' Y' Z'坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為 P' (χ'，y'，Z')，由空間解析幾何可知P與P'之間存在如下關(guān)系
權(quán)利要求
1. 一種基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法，其特征在于，包括下述步驟··(1)多路分時測量步驟測量時，控制數(shù)控機(jī)床按照預(yù)先設(shè)定的路徑在三維空間或二維平面進(jìn)給，并在其運(yùn)動路徑上設(shè)置有多個測量點(diǎn)，其中Atl為初始測量點(diǎn)，一臺激光跟蹤儀先后在至少三個基站位置，對數(shù)控機(jī)床相同的運(yùn)動軌跡進(jìn)行測量，當(dāng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動到各測量點(diǎn)位置時，數(shù)控機(jī)床停止運(yùn)動，記下該測量點(diǎn)位置處激光跟蹤儀的測距讀數(shù)和測角讀數(shù)，當(dāng)所有測量點(diǎn)測量完成后，得到不同測量點(diǎn)處的激光跟蹤儀的測量數(shù)據(jù)；然后將激光跟蹤儀移動到其它基站位置， 重復(fù)上述測量過程，直至在所有基站位置都完成了對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動的測量；(2)測量所得數(shù)據(jù)處理步驟包括以下子步驟Α、基站位置初值的確定將測量點(diǎn)在儀器坐標(biāo)系CTZ下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到機(jī)床坐標(biāo)系X' Y' V下，利用測量得到的0' X'軸上多個測量點(diǎn)的坐標(biāo)擬合出0' X'軸在CTZ坐標(biāo)系中的方向余弦，同理擬合Z'軸的方向余弦；設(shè)0' X'、0' Y'% -M1 = {!,,m,, nj >a2 = {l2,m2,n2}、出0' Y'的方向余弦；根據(jù)向量積的運(yùn)算，得到0 和0' Z'三軸矢量在CTZ坐標(biāo)系下的方向余弦另 a3 = {13，m3, n3},X' Y' Z'坐標(biāo)系原點(diǎn)0'即激光跟蹤儀所: 標(biāo)為(X。，yQ，、)，令XYZ坐標(biāo)系中任一點(diǎn)P (χ，y, P' (χ'，y'，ζ')，由空間解析幾何可知P與P'
2.如權(quán)利要求1所述的基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法，其特征在于，步驟(1)中，所述多個測量點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)> 30。
3.如權(quán)利要求1所述的基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法，其特征在于，所述每個基站位置對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動軌跡進(jìn)行測量包括正向運(yùn)動測量和反向運(yùn)動測量， 測量次數(shù)>=2次。⑴表示由第i個測值，將式(3)在基站位置的初值與基站到初始測量點(diǎn)距離的初值處進(jìn)行Taylor展開，按照子步驟B計(jì)算過程，則確定基站位置與基站到初始測量點(diǎn)的距離，重復(fù)子步驟A和B，便標(biāo)定出其它各基站P2、P3、P4.......多個位置處的空間坐標(biāo)，以及其它各基站到初始測量點(diǎn)的距1 Lg、Lg、L^........；C、測量點(diǎn)空間坐標(biāo)確定基于多邊法定位原理對測量過程中各測量點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)A' ,(x' i，y' i;z' i)進(jìn)行確定，其中，i = 1、2、...η;對各測量點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)A' i(x' i，y' i z' ^，按兩點(diǎn)距離公式建立如下方程組
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光跟蹤復(fù)合式測量的數(shù)控機(jī)床精度檢測方法，控制數(shù)控機(jī)床按照預(yù)先設(shè)定的路徑在三維空間或二維平面進(jìn)給，一臺激光跟蹤儀先后在至少三個基站位置，對數(shù)控機(jī)床相同的運(yùn)動軌跡進(jìn)行測量，通過對測量數(shù)據(jù)處理得到數(shù)控機(jī)床在各測量點(diǎn)處的運(yùn)動誤差。測量過程中，以激光跟蹤儀測出的空間點(diǎn)坐標(biāo)為參數(shù)值，確定出激光跟蹤儀所在基站的初始位置，再以激光跟蹤儀的測距信息，進(jìn)一步確定基站的空間位置，然后確定出各測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。本發(fā)明解決了測量時基站位置初值不易確定的問題，提高了基站和測量點(diǎn)標(biāo)定的可靠性和計(jì)算效率，具有快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同類型數(shù)控機(jī)床精度的要求。
文檔編號G01B11/00GK102200429SQ20111008403
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者王金棟, 費(fèi)致根, 賈天玖, 鄧玉芬, 郭俊杰 申請人:西安交通大學(xué)