基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法
2023-05-19 20:59:01
專利名稱：基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法
技術領域：
本發明涉及雷射精密測量技術，特別涉及一種基於雷射多路分時測量的數控工具機 的幾何精度檢測方法。
背景技術：
隨著製造業和精密加工技術的不斷發展，對數控工具機加工精度的要求日益提高。 因此，如何快速並準確檢測出工具機各項誤差並進行誤差補償，對提高數控工具機的加工精度 起著及其重要的作用。由於幾何誤差受環境影響較小，重複性好，易於進行誤差補償，所以 是工具機誤差補償的主要研究方向。目前，國內外用來檢測數控工具機幾何誤差的方法有很多，常見的有實物基準測量 法、雷射球桿儀、正交光柵測量法、雷射幹涉測量法等，但這些方法在檢測精度、檢測效率以 及通用性上存在著不足，不能夠滿足工具機快速、高精度的檢測要求。隨著機器人廣泛應用於製造業，為了適應測量機器人的動作及一些大型工件裝配 的要求，三維坐標動態跟蹤測量技術迅速發展起來。雷射跟蹤測量系統具有快速、動態、高 精度的特點，滿足了大範圍、現場測量、無導軌柔性測量、實現動態跟蹤測量等新要求，已成 為許多領域中不可替代的工具。國內雖也有採用雷射跟蹤儀檢測工具機的例子，但多為單站 式直接測量，當對中高檔工具機進行檢測時，測量精度有待進一步的提高。雷射跟蹤三維坐標測量系統主要是基於球坐標法、三角法、多邊法三種原理，按跟 蹤系統的數量還可將其分為單站、多站兩種配置。採用單站法測量工具機精度時，由於轉角的測量精度有限，而且角度測量本身的測 量不確定會隨距離的增大而增大，與雷射幹涉的測距精度相差甚遠，影響了空間坐標整體 精度。一般來說，雷射測距可保證1X 10_6的測量精度，但考慮到測角誤差的影響，這種系統 的坐標測量不確定度為士 1X 10_5，因此，採用單站法對高精度工具機檢測時，測量精度難以保 證。多站測量是基於多邊法定位原理，測量過程中只用雷射跟蹤儀的測距信息，而不用其測 角信息，因此具有較高的測量精度，但需要多臺雷射跟蹤儀同時對目標點進行測量，成本太 高，工程應用起來比較困難。綜上所述，針對目前數控工具機精度檢測方法的不足，有必要提出一種新的數控機 床精度檢測方法，以實現數控工具機的快速和高精度檢測。
發明內容
為了克服目前檢測方法不能夠滿足工具機精度的快速、高精度檢測要求，本發明的 目的是提供一種基於雷射多路分時測量的數控工具機精度檢測方法，該方法具有快速、精度 高等優點，適合中高檔數控工具機的精度檢測。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的一種基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法，其特徵在於，包括下 述步驟
(1)多路分時測量步驟測量時，控制工具機在三維空間進給，並在其運動路徑上設置有多個測量點，一臺激 光跟蹤儀先後在至少三個基點位置，對工具機相同的運動軌跡進行測量，當工具機運動到各測 量點位置時，工具機停止運動，記下該測量點位置處雷射跟蹤儀的測距讀數，當所有測量點測 量完成後，得到不同測量點處雷射跟蹤儀的測距讀數；然後將雷射跟蹤儀移動到其它基點 位置，重複上述測量過程，直至在所有基點位置都完成了對工具機運動的測量；(2)測量所得數據處理步驟包括以下子步驟A、雷射跟蹤儀基點位置自標定採取每個基點位置坐標單獨標定的原則，設Atl為工具機初始測量點，工具機沿著事先 設定好的路徑運動，各測量點的理論坐標AiUi, Zi), i = l、2、...n，雷射跟蹤儀跟蹤機 床並實時測量測量點到基點的距離變化量，假定瞄準初始測量點Atl時，雷射跟蹤儀的測距 讀數置為0，則在工具機的移動過程中，雷射跟蹤儀的測距讀數就是測量點到基點的相對距離 變化量，記初始測量點A0到第一基點P1的距離記為L1，測量過程中測量點Ai到第一基點P1 的相對距離變化量記為Ili ；設第一基點P1坐標為(X，y，ζ)，對測量點AiUi, Yi, Zi)，按兩點距離公式可以建立 如下方程組
權利要求
1. 一種基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法，其特徵在於，包括下述 步驟(1)多路分時測量步驟測量時，控制工具機在三維空間進給，並在其運動路徑上設置有多個測量點，一臺雷射跟 蹤儀先後在至少三個基點位置，對工具機相同的運動軌跡進行測量，當工具機運動到各測量點 位置時，工具機停止運動，記下該測量點位置處雷射跟蹤儀的測距讀數，當所有測量點測量完 成後，得到不同測量點處的雷射跟蹤儀的測距讀數；然後將雷射跟蹤儀移動到其它基點位 置，重複上述測量過程，直至在所有基點位置都完成了對工具機運動的測量；(2)測量所得數據處理步驟 包括以下子步驟A、雷射跟蹤儀基點位置自標定採取每個基點位置坐標單獨標定的原則，設Atl為工具機初始測量點，工具機沿著事先設定 好的路徑運動，各測量點的理論坐標&(\，Zi), i = l、2、...n，雷射跟蹤儀跟蹤工具機並 實時測量測量點到基點的距離變化量，假定瞄準初始測量點Atl時，雷射跟蹤儀的測距讀數 置為0，則在工具機的移動過程中，雷射跟蹤儀的測距讀數就是測量點到基點的相對距離變化 量，記初始測量點A0到第一基點P1的距離記為L1，測量過程中測量點Ai到第一基點P1的相 對距離變化量記為Ili ；設第一基點P1坐標為(X，1，ζ)，對測量點AiUi, Zi)，按兩點距離公式可以建立如下 方程組
2.如權利要求1所述的基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法，其特 徵在於，所述步驟(1)中，雷射跟蹤儀所在的多個基站位置應不在同一平面，且高度差> IOOmm0
3.如權利要求1所述的基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法，其特徵 在於，所述步驟(1)中，每個基點位置對工具機運動測量包括正向運動測量和反向運動測量， 測量次數>=2次。
全文摘要
本發明公開了一種基於雷射多路分時測量的數控工具機幾何精度檢測方法，採用一臺雷射跟蹤儀先後在不同的基點位置對工具機相同的3D空間進給運動進行測量，通過對測量數據處理便能夠分離出工具機的各項誤差。測量過程中，只涉及到位移量的測量，因此具有較高的測量精度。由於採用分時測量原理，與目前多站測量原理相比，系統硬體成本大大降低。同時一次測量便能夠分離出工具機的各項誤差，檢測效率大大提高。該方法具有快速、精度高等優點，適合於中高檔數控工具機的精度檢測。
文檔編號G01B11/00GK102062575SQ20101053910
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者王金棟, 費致根, 賈天玖, 鄧玉芬, 郭俊傑 申請人:西安交通大學