专利名称：基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法
技术领域：
本发明涉及激光精密测量技术领域，特别涉及一种基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法。
背景技术：
机床的精度与精度稳定性是机床的重要技术指标。单纯依靠提高零件设计、制造和装配的水平来提高机床的加工精度成本昂贵甚至难以实现。快速准确地对机床系统误差的测量与补偿已成为提高机床加工精度的重要途径之一。影响机床加工精度的因素很多，如几何误差、力变形误差、热变形误差、动态误差等，其中几何误差对机床加工精度的影响最大，作为系统误差，易于进行误差补偿，所以是机床误差检测与补偿的主要研究方向。目前，检测数控机床几何误差的方法有很多，常见的有实物基准测量法、激光干涉测量法、正交光栅测量法、球杆仪等，其中以激光干涉仪最为常用，激光干涉仪虽具有较高的测量精度，但检测周期较长，上述其它方法在检测效率和检测精度以及通用性上也存在着不足，不能满足高精度、快速的检测要求。二十世纪八十年代以来，为了适应测量机器人的动作以及一些大型工件装配的要求，三维坐标动态跟综测量技术迅速发展起来。目前， 一些国家已将激光跟踪仪应用到机床精度检测领域，我国虽也有采用激光跟踪仪对机床进行精度检测，但多为单站法直接测量，由于转角的测量精度有限，而且角度测量本身的测量不确定会随距离的增大而增大。同时由于大气折射率的影响，角度本身也难于精确测量，与激光干涉的测量精度相差甚远，影响了空间坐标整体精度，当检测高精度数控机床时，测量精度无法保证。综上所述，针对现有数控机床精度检测方法的不足，有必要提出一种能够快速、准确检测出数控机床精度的新方法，为提高数控机床精度奠定坚实的基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法，并给出该方法的测量步骤以及测量数据处理过程，该方法具有快速、精度高等优点，能够满足不同类型数控机床的精度检测要求。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法，其特征在于，包括下述步骤(1)多路分时测量步骤测量时，控制数控机床按照预先设定的路径在三维空间或二维平面进给，并在其运动路径上设置有多个测量点，其中Atl为初始测量点，一台激光跟踪仪先后在至少三个基站位置，对数控机床相同的运动轨迹进行测量，当数控机床运动到各测量点位置时，数控机床停止运动，记下该测量点位置处激光跟踪仪的测距读数和测角读数，当所有测量点测量完成后，得到不同测量点处的激光跟踪仪的测量数据；然后将激光跟踪仪移动到其它基站位置，重复上述测量过程，直至在所有基站位置都完成了对数控机床运动的测量；
(2)测量所得数据处理步骤包括以下子步骤A、基站位置初值的确定将测量点在仪器坐标系XYZ下的坐标转化到机床坐标系X' Y' Z'下，利用测量得到的0' V轴上多个测量点的坐标拟合出0' V轴在XYZ坐标系中的方向余弦，同理拟合出0' Y'的方向余弦；根据向量积的运算，得到0' Z'轴的方向余弦；设0' X'、 0' Y'和0' Z'三轴矢量在XYZ坐标系下的方向余弦分别为ai =队，！！^，叫}、 ={12， m2, n2}、a3 = {13, m3, n3},X' Y' V坐标系原点0'即激光跟踪仪所测得初始测量点Atl在XYZ坐标系中的坐标为(X。，y。，Ztl)，令XYZ坐标系中任一点P(X，y，ζ)在X' Y' Z'坐标系中的坐标值为 P' (χ'，y'，Z')，由空间解析几何可知P与P'之间存在如下关系
权利要求
1. 一种基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法，其特征在于，包括下述步骤··(1)多路分时测量步骤测量时，控制数控机床按照预先设定的路径在三维空间或二维平面进给，并在其运动路径上设置有多个测量点，其中Atl为初始测量点，一台激光跟踪仪先后在至少三个基站位置，对数控机床相同的运动轨迹进行测量，当数控机床运动到各测量点位置时，数控机床停止运动，记下该测量点位置处激光跟踪仪的测距读数和测角读数，当所有测量点测量完成后，得到不同测量点处的激光跟踪仪的测量数据；然后将激光跟踪仪移动到其它基站位置， 重复上述测量过程，直至在所有基站位置都完成了对数控机床运动的测量；(2)测量所得数据处理步骤包括以下子步骤Α、基站位置初值的确定将测量点在仪器坐标系CTZ下的坐标转化到机床坐标系X' Y' V下，利用测量得到的0' X'轴上多个测量点的坐标拟合出0' X'轴在CTZ坐标系中的方向余弦，同理拟合Z'轴的方向余弦；设0' X'、0' Y'% -M1 = {!,,m,, nj >a2 = {l2,m2,n2}、出0' Y'的方向余弦；根据向量积的运算，得到0 和0' Z'三轴矢量在CTZ坐标系下的方向余弦另 a3 = {13，m3, n3},X' Y' Z'坐标系原点0'即激光跟踪仪所: 标为(X。，yQ，、)，令XYZ坐标系中任一点P (χ，y, P' (χ'，y'，ζ')，由空间解析几何可知P与P'
2.如权利要求1所述的基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多个测量点的点数> 30。
3.如权利要求1所述的基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法，其特征在于，所述每个基站位置对数控机床运动轨迹进行测量包括正向运动测量和反向运动测量， 测量次数>=2次。⑴表示由第i个测值，将式(3)在基站位置的初值与基站到初始测量点距离的初值处进行Taylor展开，按照子步骤B计算过程，则确定基站位置与基站到初始测量点的距离，重复子步骤A和B，便标定出其它各基站P2、P3、P4.......多个位置处的空间坐标，以及其它各基站到初始测量点的距1 Lg、Lg、L^........；C、测量点空间坐标确定基于多边法定位原理对测量过程中各测量点的实际坐标A' ,(x' i，y' i;z' i)进行确定，其中，i = 1、2、...η;对各测量点的实际坐标A' i(x' i，y' i z' ^，按两点距离公式建立如下方程组
全文摘要
本发明公开了一种基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法，控制数控机床按照预先设定的路径在三维空间或二维平面进给，一台激光跟踪仪先后在至少三个基站位置，对数控机床相同的运动轨迹进行测量，通过对测量数据处理得到数控机床在各测量点处的运动误差。测量过程中，以激光跟踪仪测出的空间点坐标为参数值，确定出激光跟踪仪所在基站的初始位置，再以激光跟踪仪的测距信息，进一步确定基站的空间位置，然后确定出各测量点的空间坐标。本发明解决了测量时基站位置初值不易确定的问题，提高了基站和测量点标定的可靠性和计算效率，具有快速、精度高等优点，能够满足不同类型数控机床精度的要求。
文档编号G01B11/00GK102200429SQ20111008403
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者王金栋, 费致根, 贾天玖, 邓玉芬, 郭俊杰 申请人:西安交通大学