本發(fā)明涉及零件檢測領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床在線檢測的預(yù)行程誤差補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

隨著航空、航天、造船、汽車及模具工業(yè)的飛速發(fā)展，曲線曲面的應(yīng)用越來越廣泛，對曲面零件高精度的測量的要求也越來越高，不斷提高機(jī)械零件的檢測精度一直是科研人員的研究熱點。為了克服目前自由曲面零件檢測中存在的加工精度需要在三坐標(biāo)測量機(jī)(cmm)上進(jìn)行離線檢測的缺點，將高精度的加工精度檢測過程直接在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，能避免了零件多次裝夾所帶來的定位誤差，使加工和檢測集成在一起。但目前針對自由曲面的在線檢測精度還不是很高，為了提高檢測精度需要對檢測過程中的各種誤差源進(jìn)行補(bǔ)償。在測頭預(yù)行程誤差方面，測頭沿曲面上不同的法矢方向靠近工件，所產(chǎn)生的測頭預(yù)行程誤差各不相同，即具有各向異性。但在預(yù)行程誤差的補(bǔ)償過程中，目前大多數(shù)的補(bǔ)償采用“等效測頭半徑”、“作用半徑”等方法，卻無法針對每一個法矢方向進(jìn)行有針對性的補(bǔ)償；或者采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對預(yù)行程誤差進(jìn)行預(yù)測，但預(yù)測的可靠性不高。因此，為了提高自由曲面的數(shù)控機(jī)床在線檢測的精度，研發(fā)出一種在線檢測的預(yù)行程誤差補(bǔ)償方法是很有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種數(shù)控機(jī)床在線檢測的預(yù)行程誤差補(bǔ)償方法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)自由曲面的在線檢測中存在的檢測精度低的缺點，具有步驟簡單、精度高的特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種數(shù)控機(jī)床在線檢測的預(yù)行程誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

a、在虛擬模型軟件中對待檢測的曲面零件生成虛擬曲面模型，在虛擬模型軟件中構(gòu)建測點，獲得各個測點的理論坐標(biāo)和理論法矢方向；根據(jù)曲面上測點坐標(biāo)和法矢方向生成待檢測曲面的nc數(shù)控檢測代碼；

b、設(shè)置實體標(biāo)準(zhǔn)球，在虛擬模型軟件中建立對應(yīng)的虛擬模型標(biāo)準(zhǔn)球，根據(jù)虛擬曲面模型的各個測點的的理論坐標(biāo)和理論法矢方向，在虛擬模型標(biāo)準(zhǔn)球中生成一一對應(yīng)的測點；根據(jù)虛擬模型標(biāo)準(zhǔn)球上各個測點的坐標(biāo)和法矢方向，生成實體標(biāo)準(zhǔn)球的nc數(shù)控檢測代碼；

c、采用在線檢測測頭，在數(shù)控機(jī)床上對實體標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行自動找正，建立以實體標(biāo)準(zhǔn)球的球心為原點的標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系；

d、根據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)球的nc數(shù)控檢測代碼，采用在線檢測測頭，在數(shù)控機(jī)床上對實體標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行自動測量，得到實體標(biāo)準(zhǔn)球的各個測點的測試坐標(biāo)，根據(jù)步驟c獲得實體標(biāo)準(zhǔn)球的球心坐標(biāo)，將各個測點的測試坐標(biāo)換算成標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系的坐標(biāo)，從而獲得各個測試點的實體標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)；將實體標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)與模型標(biāo)準(zhǔn)球上對應(yīng)測點的坐標(biāo)相比較，得到各測點的法矢方向的測頭預(yù)行程誤差；

e、根據(jù)待檢測曲面的nc數(shù)控檢測代碼，采用在線檢測測頭，在數(shù)控機(jī)床上對待檢測的曲面零件進(jìn)行自動測量，得到待檢測曲面各測點的測量坐標(biāo)；將待檢測曲面各測點的測量坐標(biāo)，按照法矢方向的測頭預(yù)行程誤差進(jìn)行補(bǔ)償，同時進(jìn)行測頭半徑補(bǔ)償，得到待檢測曲面各測點的最終測量坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述的步驟a具體：對待檢測的曲面零件生成虛擬曲面模型，在虛擬模型軟件中設(shè)置測點的行、列數(shù)量以及測點的排列方式自動構(gòu)建測點，獲得各個測點的理論坐標(biāo)和理論法矢方向；根據(jù)曲面上測點理論坐標(biāo)和理論法矢方向，自動編程生成待檢測曲面的nc數(shù)控檢測代碼。

優(yōu)選地，所述的步驟b中映射關(guān)系公式為：

pb(x，y，z)＝r·n(1)；

式中，pb(x，y，z)為模型標(biāo)準(zhǔn)球上各測點的坐標(biāo)，r為模型標(biāo)準(zhǔn)球的半徑，n為與模型標(biāo)準(zhǔn)球上測點對應(yīng)的曲面上測點q(x，y，z)的法矢方向。

優(yōu)選地，所述步驟e中各測點的測頭預(yù)行程誤差補(bǔ)償公式為：

(x，y，z)＝(x′，y′，z′)+δ·n(2)；

式中，(x’，y’，z’)為該測點的測量數(shù)據(jù)坐標(biāo)，n為該測點的法矢方向，δ為對應(yīng)法矢方向的預(yù)行程誤差，(x，y，z)為該測點的最終測量數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述的虛擬模型軟件為unigraphics。

本發(fā)明通過將標(biāo)準(zhǔn)球上各對應(yīng)測點的法矢方向的預(yù)行程誤差與曲面檢測的各測點的法矢方向預(yù)行程誤差進(jìn)行一一對應(yīng)，通過對標(biāo)準(zhǔn)球檢測得到的預(yù)行程誤差對曲面檢測的各測點坐標(biāo)進(jìn)行預(yù)行程補(bǔ)償，步驟簡單且精度高，避免了現(xiàn)有技術(shù)方案中對所有法矢方向僅僅采用“等效測頭半徑”或“作用半徑”作為預(yù)行程補(bǔ)償導(dǎo)致檢測精度低的缺點，同時避免了采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行預(yù)行程誤差預(yù)測導(dǎo)致測量可靠性差的缺點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的數(shù)控機(jī)床在線檢測的預(yù)行程誤差補(bǔ)償方法

圖2為曲面上測點的部分理論坐標(biāo)和理論法矢方向數(shù)據(jù)

圖3為待檢測曲面的部分nc數(shù)控檢測代碼

圖4為模型標(biāo)準(zhǔn)球上測點的部分坐標(biāo)和法矢方向

圖5為模型標(biāo)準(zhǔn)球的部分nc數(shù)控檢測代碼

圖6為實體標(biāo)準(zhǔn)球的部分轉(zhuǎn)換測點坐標(biāo)

圖7為部分測點對應(yīng)法矢方向的測頭預(yù)行程誤差

圖8為待檢測曲面部分測點的測量坐標(biāo)

圖9為待檢測曲面部分測點的最終測量坐標(biāo)

圖10為高精度三坐標(biāo)測量機(jī)的與實施例1相對應(yīng)的部分測點的測量坐標(biāo)

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例具體說明本發(fā)明。

實施例1

本實施例提供的數(shù)控機(jī)床在線檢測的預(yù)行程誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

a、對待檢測的曲面零件生成虛擬曲面模型，在虛擬模型軟件中構(gòu)建測點，獲得各個測點的理論坐標(biāo)和理論法矢方向；根據(jù)曲面上測點坐標(biāo)和法矢方向生成待檢測曲面的nc數(shù)控檢測代碼；

所述的步驟a具體：對待檢測的曲面零件生成虛擬曲面模型，在虛擬模型軟件中設(shè)置測點的行、列數(shù)量以及測點的排列方式自動構(gòu)建測點，獲得各個測點的理論坐標(biāo)和理論法矢方向；根據(jù)曲面上測點理論坐標(biāo)和理論法矢方向，自動編程生成待檢測曲面的nc數(shù)控檢測代碼；

本實施例的測點行數(shù)為30行，列數(shù)為30列，排列方式為等間距；曲面上測點的部分理論坐標(biāo)和理論法矢方向如圖2所示，待檢測曲面的部分nc數(shù)控檢測代碼如圖3所示；

b、設(shè)置實體標(biāo)準(zhǔn)球，在虛擬模型軟件中建立對應(yīng)的虛擬模型標(biāo)準(zhǔn)球，本實施例采用cad軟件進(jìn)行模型建立，根據(jù)虛擬曲面模型的各個測點的的理論坐標(biāo)和理論法矢方向，在虛擬模型標(biāo)準(zhǔn)球中生成一一對應(yīng)的測點；根據(jù)虛擬模型標(biāo)準(zhǔn)球上各個測點的坐標(biāo)和法矢方向，生成實體標(biāo)準(zhǔn)球的nc數(shù)控檢測代碼；

本實施例采用的標(biāo)準(zhǔn)球直徑為19.9995mm，圓度誤差為1μm，模型標(biāo)準(zhǔn)球上測點的部分坐標(biāo)和法矢方向如圖4所示；實體標(biāo)準(zhǔn)球的部分nc數(shù)控檢測代碼如圖5所示；

所述的步驟b中映射關(guān)系公式為：

pb(x，y，z)＝r·n(1)；

式中，pb(x，y，z)為模型標(biāo)準(zhǔn)球上各測點的坐標(biāo)，r為模型標(biāo)準(zhǔn)球的半徑，n為與模型標(biāo)準(zhǔn)球上測點對應(yīng)的曲面上測點q(x，y，z)的法矢方向；

c、采用在線檢測測頭，在數(shù)控機(jī)床上對實體標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行自動找正，建立以實體標(biāo)準(zhǔn)球的球心為原點的標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系；本實施例采用的測頭半徑為2.5mm，機(jī)床坐標(biāo)系中球心坐標(biāo)為(335.432，-181.661，-266.109)；

d、根據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)球的nc數(shù)控檢測代碼，采用在線檢測測頭，在數(shù)控機(jī)床上對實體標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行自動測量，得到實體標(biāo)準(zhǔn)球的各個測點的測試坐標(biāo)，根據(jù)步驟c獲得實體標(biāo)準(zhǔn)球的球心坐標(biāo)，將各個測點的測試坐標(biāo)換算成標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系的坐標(biāo)，從而獲得各個測試點的實體標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)；將實體標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)與模型標(biāo)準(zhǔn)球上對應(yīng)測點的坐標(biāo)相比較，得到各測點的法矢方向的測頭預(yù)行程誤差；實體標(biāo)準(zhǔn)球的部分轉(zhuǎn)換測點坐標(biāo)如圖6所示；部分測點對應(yīng)法矢方向的測頭預(yù)行程誤差如圖7所示；

e、根據(jù)待檢測曲面的nc數(shù)控檢測代碼，采用在線檢測測頭，在數(shù)控機(jī)床上對待檢測的曲面零件進(jìn)行自動測量，得到待檢測曲面各測點的測量坐標(biāo)；將待檢測曲面各測點的測量坐標(biāo)，按照法矢方向的測頭預(yù)行程誤差進(jìn)行補(bǔ)償，同時進(jìn)行測頭半徑補(bǔ)償，得到待檢測曲面各測點的最終測量坐標(biāo)；待檢測曲面部分測點的測量坐標(biāo)如圖8所示，待檢測曲面部分測點的最終測量坐標(biāo)如圖9所示；

所述步驟e中各測點的測頭預(yù)行程誤差補(bǔ)償公式為：

(x，y，z)＝(x′，y′，z′)+δ·n(2)；

式中，(x’，y’，z’)為該測點的測量數(shù)據(jù)坐標(biāo)，n為該測點的法矢方向，δ為對應(yīng)法矢方向的預(yù)行程誤差，(x，y，z)為該測點的最終測量數(shù)據(jù)。

為了驗證本實施例的有效性，將本實施例曲面實物移至高精度三坐標(biāo)測量機(jī)(mpee＝0.9+l/400μm)進(jìn)行檢測，得到的與實施例1相對應(yīng)的部分測點的測量坐標(biāo)如圖10所示：本實施例的測點的最終測量數(shù)據(jù)與高精度三坐標(biāo)測量機(jī)的對應(yīng)測量數(shù)據(jù)的誤差在15μm以內(nèi)，由此說明本實施例方法在線檢測預(yù)行程誤差的補(bǔ)償效果顯著，實現(xiàn)了高精度測量。