4]
[0045] 由于每个Ai处有6个几何误差参数需要求解，而由步骤（4)可在每个Ai处获得S 组AXA(i，0,k)、AyA(i，0,k)、AZA(i，0,k)，即矩阵方程（1)为一个超定方程组，此处采用 如式（2)所示的最小二乘法进行该方程组的求解，可求得摆动轴A的6个几何误差参数值。
[0046]
[0047] 其中，上述每次扫描轨迹均重复执行4次，扫描结果取平均值。
[0048] 下面再对回转轴C几何误差的测量进行具体详细的说明，包括W下步骤：
[0049] (1)旋转摆动轴A、回转轴C至0°，W标定球k为扫描对象，调整机床直线轴坐标 指令使光束定位于球屯、坐标系(^/^/?/3，-^/5/?/3.^^リ? /3)点处，此时X、Y、Z直线轴在新工件 坐标系下的坐标指令应分别为饥、(/、?；K^^AV3、"/,(/〇-#巧巧、2。，读取激光位移传感器的 扫描值L"(0,0，k);启用五轴联动机床的RTCP运动功能，使回转轴C从0°旋转至360°，如 图6所示。光束扫描点在球面形成如图5所示的整圆弧轨迹标定回转轴C时的扫描轨迹14， 读取激光位移传感器的扫描值序列Lci(0,j，k);令Axc(0,j，k)、Ayc(0,j，k)、AZcO)，j，k) 分别表示标定球k的球屯、在C=Cj及A= 0°时，相对于初始位置（A=A。= 0°、C=C。 =0° )在X、Y、Z方向上偏移，则有如下关系式： 阳化0] - A而化j, k) + A yc(；〇, j, k) - A Zc (；0, j, k) = Lci (；0, j, k) -Lci (；0, 0, k)。
[0051] (2)再次旋转回转轴C至0°，W标定球k为扫描对象，调整直线轴坐标指令使光 束定位于球屯、坐标系巧cos45°，0,Rcos45° )点处，此时X、Y、Z直线轴在新工件坐标系下 的坐标指令应分别为nix化)+Rcos45°、my化)、Z。，读取激光位移传感器的扫描值Lc2(〇, 0,k); 启用五轴联动机床的RTCP运动功能，使回转轴C从0°旋转至360°，光束扫描点在球面形 成如图5所示的半圆弧轨迹标定回转轴C时的扫描轨迹15,读取激光位移传感器的扫描值 序列Lt2化j，k)，贝贿如下关系式： 阳05引-A xc化j，k) - A zc化j，k) = L。化j，k) -Lc2化0, k)。
[0053](3)再次旋转回转轴C至0°，W标定球k为扫描对象，调整直线轴坐标指令使光 束定位于球屯、坐标系化0,时点处，此时X、Y、Z直线轴在新工件坐标系下的坐标指令应分 别为niy化)、my化)、Z。，读取激光位移传感器的扫描值Lc3(〇, 0,k);启用五轴联动机床的RTCP 运动功能，使回转轴C从0°旋转至360°，光束扫描点在球面形成如图5所示的半圆弧轨 迹标定回转轴C时的扫描轨迹14,读取激光位移传感器的扫描值序列(0,j，k)，则有如下 关系式：
[0054] - A zc化j，k) = Lc3化j，k) -Lc3化0, k)。 阳化引（4)联立步骤（1)-做中的方程可求得A XcO)，j，k)、A yc化j，k)、A ZcO)，j，k):[0056]
[0057] (5)令年。为回转轴C坐标系到摆动轴A坐标系的齐次坐标变换矩阵，贝U
[0058]
[0059] 令Dci表示绕机床坐标系Z轴的旋转矩阵，则
[0060]
[0061] W五轴联动机床空间几何误差模型为依据，可得如下矩阵方程：
[0062]
樹
[0063] 由于每个C,处有6个几何误差参数需要求解，而由步骤（4)可在每个C,处获得= 组AXc(0,j，k)、Ayc(0,j，k)、AZc(0,j，k)，即矩阵方程（3)为一个超定方程组，此处采用 如式（4)所示的最小二乘法进行该方程组的求解，最终可求得回转轴C的6个几何误差参 数值；
[0064]
阳0化]此外，步骤（1)、（2)、（3)中的扫描轨迹均重复执行4次，扫描结果取平均值。计算 式中出现的轴A、C几何误差的定义见表1。
[0066] 表1几何误差的定义
[0067]
[0068]
[0069] 综上，利用本实用新型选用的测量仪器及标定球布局，通过上述测量，能够实现五 轴联动机床两个旋转轴共十二项几何误差参数的一次装卡连续测量，既能达到连续测量的 目的，又避免了测量仪器的多次装卡，因此保证了测量精度，提高了测量效率，达到了精度 与效率的统一。
[0070] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不 用W限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改 进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其特征在于，包括激光位移传 感器和旋转轴组件，其中：所述激光位移传感器安装在待测的五轴联动机床的主轴（1)上； 所述旋转轴组件包括摆动轴A(6)和回转轴C(7)，所述摆动轴A(6)安装在所述五轴联动机 床的摇篮式摆动台（9)上，所述回转轴C(7)安装在所述五轴联动机床的回转式工作台（10) 上，并且所述摆动轴A(6)的轴线与所述回转轴C(7)的轴线垂直相交；所述回转式工作台 (10)安装在所述摇篮式摆动台（9)之上；所述回转式工作台（10)上安装有三个不共线的 标定球（8)。2. 如权利要求1所述的五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其特征在于， 所述摆动轴A(6)与所述五轴联动机床的X直线轴平行，所述回转轴C(7)与所述五轴联动 机床的Z直线轴平行。3. 如权利要求1或2所述的五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其特征在 于，所述三个不共线的标定球（8)采用如下方式进行安装：将所述三个标定球（8)分别安装 于所述回转式工作台（10)上使各标定球的球杆垂直于回转式工作台（10)的上表面，其中， 所述三个标定球（8)的球心分别位于一等边三角形的三个顶点上，该等边三角形以所述摆 动轴A(6)的轴线与所述回转轴C(7)的轴线的交点为中心，且其边长等于所述回转式工作 台（10)台面半径的1.5倍。4. 如权利要求3所述的五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其特征在于， 所述各标定球的球心到所述回转式工作台（10)上表面的距离等于摆动轴A(6)的轴线到所 述回转式工作台（10)上表面的距离。
【专利摘要】本实用新型公开了一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其包括激光位移传感器和旋转轴组件，所述激光位移传感器安装在待测的五轴联动机床的主轴上；所述旋转轴组件包括摆动轴A和回转轴C，摆动轴A安装在五轴联动机床的摇篮式摆动台上，回转轴C安装在五轴联动机床的回转式工作台上，并且摆动轴A的轴线与回转轴C的轴线垂直相交；所述回转式工作台安装在所述摇篮式摆动台之上；所述回转式工作台上安装有三个不共线的标定球。本实用新型利用斜曲面建立待测刚体X、Y、Z三个方向位置偏差的映射关系，将X、Y、Z三个维度的平移映射为单一维度的距离变化，在一次装卡的同时实现了连续采样，具有测量效率高、精度高等优点。
【IPC分类】B23Q17/24
【公开号】CN204893581
【申请号】CN201520648226
【发明人】周向东, 唐小琦, 蒋周翔, 宋宝, 熊烁, 蒋立泉, 陈天航, 谢远龙, 乔文君
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月25日