基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法

2023-11-07 02:35:37 1

專利名稱：基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法
技術領域：
本發明涉及雷射精密測量技術領域，特別涉及一種基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法。
背景技術：
工具機的精度與精度穩定性是工具機的重要技術指標。單純依靠提高零件設計、製造和裝配的水平來提高工具機的加工精度成本昂貴甚至難以實現。快速準確地對工具機系統誤差的測量與補償已成為提高工具機加工精度的重要途徑之一。影響工具機加工精度的因素很多，如幾何誤差、力變形誤差、熱變形誤差、動態誤差等，其中幾何誤差對工具機加工精度的影響最大，作為系統誤差，易於進行誤差補償，所以是工具機誤差檢測與補償的主要研究方向。目前，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、雷射幹涉測量法、正交光柵測量法、球桿儀等，其中以雷射幹涉儀最為常用，雷射幹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。二十世紀八十年代以來，為了適應測量機器人的動作以及一些大型工件裝配的要求，三維坐標動態跟綜測量技術迅速發展起來。目前， 一些國家已將雷射跟蹤儀應用到工具機精度檢測領域，我國雖也有採用雷射跟蹤儀對工具機進行精度檢測，但多為單站法直接測量，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。同時由於大氣折射率的影響，角度本身也難於精確測量，與雷射幹涉的測量精度相差甚遠，影響了空間坐標整體精度，當檢測高精度數控工具機時，測量精度無法保證。綜上所述，針對現有數控工具機精度檢測方法的不足，有必要提出一種能夠快速、準確檢測出數控工具機精度的新方法，為提高數控工具機精度奠定堅實的基礎。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法，並給出該方法的測量步驟以及測量數據處理過程，該方法具有快速、精度高等優點，能夠滿足不同類型數控工具機的精度檢測要求。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跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法，其特徵在於，包括下述步驟(1)多路分時測量步驟測量時，控制數控工具機按照預先設定的路徑在三維空間或二維平面進給，並在其運動路徑上設置有多個測量點，其中Atl為初始測量點，一臺雷射跟蹤儀先後在至少三個基站位置，對數控工具機相同的運動軌跡進行測量，當數控工具機運動到各測量點位置時，數控工具機停止運動，記下該測量點位置處雷射跟蹤儀的測距讀數和測角讀數，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量數據；然後將雷射跟蹤儀移動到其它基站位置，重複上述測量過程，直至在所有基站位置都完成了對數控工具機運動的測量；
(2)測量所得數據處理步驟包括以下子步驟A、基站位置初值的確定將測量點在儀器坐標系XYZ下的坐標轉化到工具機坐標系X' Y' Z'下，利用測量得到的0' V軸上多個測量點的坐標擬合出0' V軸在XYZ坐標系中的方向餘弦，同理擬合出0' Y'的方向餘弦；根據向量積的運算，得到0' Z'軸的方向餘弦；設0' X'、 0' Y'和0' Z'三軸矢量在XYZ坐標系下的方向餘弦分別為ai =隊，！！^，叫}、 ={12， m2, n2}、a3 = {13, m3, n3},X' Y' V坐標系原點0'即雷射跟蹤儀所測得初始測量點Atl在XYZ坐標系中的坐標為(X。，y。，Ztl)，令XYZ坐標系中任一點P(X，y，ζ)在X' Y' Z'坐標系中的坐標值為 P' (χ'，y'，Z')，由空間解析幾何可知P與P'之間存在如下關係
權利要求
1. 一種基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法，其特徵在於，包括下述步驟··(1)多路分時測量步驟測量時，控制數控工具機按照預先設定的路徑在三維空間或二維平面進給，並在其運動路徑上設置有多個測量點，其中Atl為初始測量點，一臺雷射跟蹤儀先後在至少三個基站位置，對數控工具機相同的運動軌跡進行測量，當數控工具機運動到各測量點位置時，數控工具機停止運動，記下該測量點位置處雷射跟蹤儀的測距讀數和測角讀數，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量數據；然後將雷射跟蹤儀移動到其它基站位置， 重複上述測量過程，直至在所有基站位置都完成了對數控工具機運動的測量；(2)測量所得數據處理步驟包括以下子步驟Α、基站位置初值的確定將測量點在儀器坐標系CTZ下的坐標轉化到工具機坐標系X' Y' V下，利用測量得到的0' X'軸上多個測量點的坐標擬合出0' X'軸在CTZ坐標系中的方向餘弦，同理擬合Z'軸的方向餘弦；設0' X'、0' Y'% -M1 = {!,,m,, nj >a2 = {l2,m2,n2}、出0' Y'的方向餘弦；根據向量積的運算，得到0 和0' Z'三軸矢量在CTZ坐標系下的方向餘弦另 a3 = {13，m3, n3},X' Y' Z'坐標系原點0'即雷射跟蹤儀所: 標為(X。，yQ，、)，令XYZ坐標系中任一點P (χ，y, P' (χ'，y'，ζ')，由空間解析幾何可知P與P'
2.如權利要求1所述的基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述多個測量點的點數> 30。
3.如權利要求1所述的基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法，其特徵在於，所述每個基站位置對數控工具機運動軌跡進行測量包括正向運動測量和反向運動測量， 測量次數>=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距離的初值處進行Taylor展開，按照子步驟B計算過程，則確定基站位置與基站到初始測量點的距離，重複子步驟A和B，便標定出其它各基站P2、P3、P4.......多個位置處的空間坐標，以及其它各基站到初始測量點的距1 Lg、Lg、L^........；C、測量點空間坐標確定基於多邊法定位原理對測量過程中各測量點的實際坐標A' ,(x' i，y' i;z' i)進行確定，其中，i = 1、2、...η;對各測量點的實際坐標A' i(x' i，y' i z' ^，按兩點距離公式建立如下方程組
全文摘要
本發明公開了一種基於雷射跟蹤複合式測量的數控工具機精度檢測方法，控制數控工具機按照預先設定的路徑在三維空間或二維平面進給，一臺雷射跟蹤儀先後在至少三個基站位置，對數控工具機相同的運動軌跡進行測量，通過對測量數據處理得到數控工具機在各測量點處的運動誤差。測量過程中，以雷射跟蹤儀測出的空間點坐標為參數值，確定出雷射跟蹤儀所在基站的初始位置，再以雷射跟蹤儀的測距信息，進一步確定基站的空間位置，然後確定出各測量點的空間坐標。本發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標定的可靠性和計算效率，具有快速、精度高等優點，能夠滿足不同類型數控工具機精度的要求。
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 優先權日2011年4月6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