考虑位置相关几何误差去除的圆检验垂直度误差测量方法

专利主权项内容

1.考虑位置相关几何误差去除的圆检验垂直度误差测量方法，其特征在于：利用多光束激光干涉仪分别测量三轴加工中心三个直线轴的位置相关几何误差，将误差项拟合为多项式并代入相应圆检验的误差模型，得到位置相关几何误差影响下的球杆仪变化量，并在球杆仪记录数据中去除；利用最小二乘圆拟合方法计算安装误差，去除安装误差后通过计算椭圆轨迹的长轴与半径投影夹角获得直线轴间的真实垂直度误差；具体包括如下步骤：步骤1、构建三轴加工中心几何误差模型，包括步骤：步骤1.1、基于对偶四元数构建三轴加工中心的运动学模型；步骤1.2、基于所述运动学模型，在XY，XZ及YZ平面进行三轴加工中心的圆检验；测量过程中将X轴定义为参考轴，则Y轴存在垂直度误差，Z轴存在垂直度误差/>及/>；每个直线轴存在6项位置相关几何误差；基于对偶四元数构建三轴加工中心几何误差模型；步骤2、基于球杆仪进行三轴加工中心圆检验，其中XY平面进行360°圆检验，XZ及YZ平面进行220°圆检验；通过精密球磁性吸附确立机床坐标系，其原点位于基座中心，与工件坐标系重合；通过圆检验得到球杆仪杆长变化量，这一杆长变化是由两直线轴位置相关几何误差及轴间垂直度误差导致的；步骤3、利用多光束激光干涉仪分别测量三轴加工中心三个直线轴的位置相关几何误差，将测量得到的误差值拟合为关于X、Y及Z轴位置的多项式、/>及/>：
；其中，/>及/>分别表示关于X、Y及Z轴位置的第阶单项式的系数，，及则分别为X轴、Y轴及Z轴的坐标值；mxyz步骤4、基于三轴加工中心几何误差模型分别构建XY、XZ和YZ圆检验误差模型，将对应位置的所述多项式代入对应圆检验误差模型，在球杆仪杆长数据中去除位置相关几何误差导致的杆长变化量，去除安装误差后计算椭圆长轴与半径投影夹角，得到垂直度误差；具体的，所述步骤4中，基于三轴加工中心几何误差模型分别构建XY、XZ和YZ圆检验误差模型，将对应位置的所述多项式代入对应的圆检验误差模型，在球杆仪杆长数据中去除位置相关几何误差导致的杆长变化量，去除安装误差后计算椭圆长轴与半径投影夹角，得到垂直度误差，包括步骤：步骤4.1、对于两直线轴的圆检验，在三轴加工中心几何误差模型的基础上，将参与运动的两直线轴外的第三个直线轴的运动学参数、位置相关几何误差及垂直度误差项设置为0，构建圆检验误差模型；步骤4.2、基于球杆仪采集数据个数计算每个杆长数据对应的直线轴坐标；对于XY平面的360°圆检验，第/>个杆长数据对应的X轴坐标/>及Y轴坐标/>，以及刀具及工件相对于机床坐标系的初始位置分别为：
；其中为球杆仪标准杆长，/>为球杆仪杆长变化量；对于XZ平面220°圆检验，球杆仪采集杆长数据个数为/>，则第/>个杆长数据对应的X轴坐标/>及Z轴坐标/>，以及刀具及工件相对于机床坐标系的初始位置分别为：
；对于YZ平面220°圆检验，球杆仪采集杆长数据个数为，则第/>个杆长数据对应的Y轴坐标/>及Z轴坐标/>，以及刀具及工件相对于机床坐标系的初始位置分别为：
；步骤4.3、将对应位置的多项式代入对应圆检验误差模型，模型中轴间垂直度误差设置为0，则得到位置相关几何误差影响下的球杆仪变化量为
；其中为球杆仪标准杆长，/>、/>及/>分别表示位置相关几何误差影响下刀具相对于工件坐标系X，Y及Z方向的实际位置；步骤4.4、在球杆仪杆长数据中去除位置相关几何误差导致的杆长变化量；通过最小二乘圆拟合方法计算球杆仪轨迹的实际圆心，计算其安装误差；通过误差建模计算工件坐标系的实际位置，进而去除安装误差：
；其中表示XY平面的X轴坐标及Y轴坐标，/>表示安装误差的逆运动，/>表示去除完安装误差后得到的实际X轴及Y轴坐标：
；其中及/>为X向及Y向的安装误差，/>及/>为XY平面的实际X轴及Y轴坐标，/>为对偶四元数运算过程中的对偶运算符；步骤4.5、得到仅由垂直度误差导致的球杆仪变化量：
；将与使用的球杆仪标准杆长/>相加，则得到圆检验的测量轨迹；将该轨迹通过最小二乘法拟合为圆形，分析拟合圆是否趋近于长短轴分别为±45°的椭圆；椭圆长轴位于-45°，垂直度误差为正值；若椭圆长轴位于45°，则垂直度误差为负值；计算椭圆长轴与半径投影夹角，该夹角即为两直线轴的垂直度误差。