基于分步体对角线测量法的空间误差补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数控机床的数控系统误差补偿方法，具体涉及一种基于分步体对角线 测量法的空间误差补偿方法。
【背景技术】
[0002] 基于激光干涉仪的分步体对角线测量方法实现了机床空间位置误差的高效测量 和机床空间位置精度的快速检定。现有技术中基于该测量方法的误差计算方法认为运动轴 正向运动产生的误差值等于反向运动产生的误差值。实验证明，根据该方法得到的误差补 偿值补偿效果不是很好，甚至会出现越补越大的情况，并且基于该方法得不到测量初始点 处的误差补偿值。此外，该方法没有对误差补偿值做线性均化处理，一旦误差补偿值过大， 有可能产生运动轴进给量突增或突减的现象，造成加工精度的下降。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中分步体对角线测量法的误差计算方法中存在的W上问题，本发明 提供一种精确性高、有效提高机床加工精度的基于分步体对角线测量法的空间误差补偿方 法。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了W下技术方案：
[0005] -种基于分步体对角线测量法的空间误差补偿方法，其包括W下步骤： (1) 测量空间对角线的运动误差，得到PPP、NPP、PNP和NNP四个测量文件，其中P表示 正向运动，N表示负向运动； (2) 建立基于分布体对角线测量法的误差模型； (3) 求解误差模型，得到测量初始点和中间点的误差值； (4) 对测量初始点和中间点的误差值进行均化处理，得到修正后的误差值； (5) 对修正后的误差值建立综合误差补偿模型，得到Χ、Υ、Ζ方向的综合误差补偿值； (6) 将该X、Υ、Ζ方向的综合误差补偿值加载到数控系统中，实现基于分步体对角线测 量法的空间误差补偿。
[0006] 基于分布体对角线测量法的误差模型的建立过程如下： 分别建立X、Υ、Ζ轴运动在ΡΡΡ体对角线上的误差模型
其中Ei(j)表示j轴运动在i方向上产生的误差，^表示i方向上的误差在体对角线 上的单位方向矢量，Dx，Dy和化表示每步的进给量，
分别建立X、Y、Z轴运动在NPP体对角线上的误差模型， 由于NPP表示从X轴的负向运动到正向，因此X轴运动引起的误差氏(x)wp、Ey(x)wp、Ez(X)nPP与Εχ(X)PPP、Ey(X)PPP、Ez(X)PPP正好相反，即：
因此，X、Υ、Z轴在X、y、z方向分步运动后在体对角线NPP上产生的误差分别为：
[0007] 误差均化处理方法如下： 将每个测量点的误差值看成两部分；一部分是根据误差模型得到的基本误差值，另一 部分是用于均化处理的叠加误差值，包含n-1个，即每个测量点的误差为；基本误差+n-l个 叠加误差。叠加误差的计算方法为：将每个测量点的误差值E均分为η份，η为测量点数， 对其它测量点的误差影响值为；EiX (n-i)/n，i表示为第i个测量点，Ei表示第i个测量点 的基本误差值。
[0008] 综合误差补偿模型建立过程如下： 当数控机床运动到Pi(Xi,yi,Zi)点时，根据点Pi的坐标值查到运动轴运动到Xi，Yi，Zi点时对应的 9 项误差Ex(Xi)、Ey(Xi)、Ez(Xi)、Ex(yi)、Ey(yi)、Ez(yi)、Ex(Zi)、Ey(Zi)、Ez(Zi)，卵J Η个轴的综合误差补偿模型分别为： X：E,(x,)+E,(y,)+E,(z,),y轴；Ey(Xi)+Ey(y;)+Ey(Zi)， z：E,(x,)+E,(y,)+E,(z,)； 如果找不到与编程坐标相对应的补偿值，则采用线性插值的方法，即找到与编程点 (X，y,Z)相近的两个补偿点（Xi,y;，Zi)和（Xw，心1，Zw)对应的9项误差值，其中Xi<x<Xw， yi<y<yw，Zi<z；<zw，补偿值为
同理可求出其它八项补偿值。 当运动轴反向运动，综合误差补偿值中的定位误差己(X)，Ey(y)，E, (Z)还需要加上反向 间隙误差，即Εχ(Χι)' =Ex(Xi)+Ri。
[0009] 利用本发明的技术方案进行基于分步体对角线测量法的空间误差补偿具有显著 的优点；能得到测量初始点处的误差，补偿机床空间位置误差的精确性高，并且通过对误差 值线性化处理，能避免误差值突增或突减现象，大大提高了机床加工的精度。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明基于分步体对角线测量法的空间误差补偿方法的流程图。
[0011] 图2为本发明方法与现有方法误差补偿前后的误差曲线。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述，所给实施例仅是用于说明具体实施和 具有的有益效果，并非用于限制本发明的保护范围。
[0013] 如图1所示，一种基于分步体对角线测量法的空间误差补偿方法，其包括W下步 骤： (1) 安装激光干涉仪，编写数控程序驱动X、Y、Z轴沿空间四条体对角线PPP、NPP、PNP 和NNP的联动，测得每步运动后在体对角线上产生的误差，得到PPP、NPP、PNP和NNP四个测 量文件，其中P表不正向，N表不负向，女口； PPP，沿Χ、Υ、Ζ轴正向运动； ΝΡΡ沿X轴负向，沿Υ、Ζ轴正向； ΡΝΡ沿Χ、Ζ轴正向，沿Υ轴负向； ΝΝΡ沿Χ、Υ轴负向，沿Ζ轴正向； (2) 建立基于分步体对角线测量法的误差模型： 分别建立X、Υ、Ζ轴运动在ΡΡΡ体对角线上的误差模型
其中Ei(j)表示j轴运动在i方向上产生的误差，^表示i方向上的误差在体对角线 K 上的单位方向矢量，Dx，Dy和化表示每步的进给量，
分别建立X、Y、Z轴运动在NPP体对角线上的误差模型； 由于NPP表示从X轴的负向运动到正向，因此X轴运动引起的误差氏(x)wp、Ey(x)wp、Ez(X)nPP与Εχ(X)PPP、Ey(X)PPP、Ez(X)PPP正好相反，即：
因此，X、Υ、Z轴在X、y、z方向分步运动后在体对角线NPP上产生的误差分别为：
(3)求解误差模型，得到测量初始点和中间点的误差值； (4) 对测量初始点和中间点的误差值进行均化处理，将每个测量点的误差值看成两部 分：一部分是根据误差模型得到的基本误差值，另一部分是用于均化处理的叠加误差值， 包含n-1个，即每个测量点的误差为；基本误差+n-l个叠加误差。叠加误差的计算方法 为：将每个测量点的误差值E均分为η份，η为测量点数，对其它测量点的误差影响值为： EiX(n-i)/