专利名称：五轴工具机械的几何误差评估方法
技术领域：
本发明是与工具机械有关，特别是关于一种可以测量并计算五轴工具机械几何误差的评估方法，具有构建简便与高精确度的优点。
背景技术：
工具机械的误差来源主要区分为结构误差(Structurally-1nduced Errors)、驱动误差(Driven-1nduced Errors)与静态误差(Quas1-static Errors),其中静态误差约占工具机械误差量的70%，而静态误差的主要来源则为几何误差(Geometric Eirors)，换句话说，精准测量工具机械的几何误差是改善工具机械加工精度的关键性步骤。由于五轴工具机械本身的结构复杂，部分几何误差项的准确测量非常困难，因此，五轴工具机械的测量标准程序，如IS0/10791-6，是先利用量具，例如R-Test量具，进行总成几何误差的测量之后，再概略估算转动轴的部分几何误差项，整体过程耗时，且其估算结果不够精确，不利于五轴工具机械后续的误差补偿与精度提升，有必要进一步改善。
发明内容
有鉴于上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种五轴工具机械的几何误差评估方法，从而可以快速而精确的完成几何误差项的评估计算。本发明所提供一种五轴工具机械的几何误差评估方法，可应用于一五轴加工机，其步骤包括有:(a)利用具有探头与标准球的R-test量具，该探头装设于该五轴加工机的主轴，该标准球装设于该五轴加工机的机台，且以该标准球的球心作为参考坐标系的原点；(b)根据一五轴同动路径作为测量路径，应用该R-test量具测量该五轴工具机械的总成误差；(C)将前步骤所测量得到的总成误差与该五轴工具机械已知的机构参数代入一几何误差模型，利用最小平方法求解而得到该几何误差模型所列11项几何误差项的值。因此，本发明利用R-test量具以K4五轴同动路径快速而准确测量三维空间总成误差，并应用仅包括11项几何误差项的简易几何误差模型，配合最小平方法即可准确的估算11项几何误差项，可供作五轴工具机械进行后续精度的改善作业。此外，本发明所应用的五轴同动路径以ISO/⑶10791-6所规范的K4路径为佳。
图1为本发明X线性运动轴几何误差的模型定义示意图。图2本发明C转动运动轴几何误差的模型定义示意图。图3为本发明将R-test量具架设于五轴工具机械所构成的坐标系示意图。图4为本发明利用R-test量具所测量到几何误差的示意图。图5为本发明一优选实施例利用K4路径进行测量与经过计算后的误差值比较图。
主要元件符号说明Xr, Yr, Zr:R参考坐标系的轴向；Xx、Yx, Zx:X轴的机构参数；Xy、Yy、Zy:Y轴的机构参数；Xz、Yz、Zz:Z轴的机构参数；Zc:C轴的机构参数；Xa、Ya、Za:A轴的机构参数；Xw、Yw、Zw:标准球中心在C轴坐标系的坐标值；EXX、EYX、EZX、EAX、EBX、ECX:X 轴的元件误差量；EXY、EYY、EZY、EAY、EBY、ECY:Y 轴的元件误差量；EXZ、EYZ、EZZ、EAZ、EBZ、ECZ:Z 轴的元件误差量；EXC、EYC、EZC、EAC、EBC、ECC:C 轴的元件误差量；EXA、EYA、EZA、EAA、EBA、ECA:A 轴的元件误差量；Xm:X轴相对于其原点的位移量；Ym:Y轴相对于其原点的位移量；Zm:Z轴相对于其原点的位移量；Xx、Yx、Zx:X轴的机构参数；Xy、Yy、Zy:Y轴的机构参数；Xz、Yz、Zz:Z轴的机构参数；Cm:C轴的定位角度；Am:A轴的定位角度；XOC、YOC:C轴在X、Y方向的安装偏移量；YOA、ZOA:A轴在Y、Z方向的安装偏移量；AOZ、BOZ:Z轴相对X与Y轴的垂直度位置误差；AOC、BOC:C轴相对X、Y轴的垂直度位置误差；BOA、COA:A轴相对Y、Z轴的垂直度位置误差；COX:X轴相对C轴的垂直位置误差；COA、BOC:A轴相对X轴参考坐标系中Y、Z轴的垂直度位置误差；Xh、Zh:主轴相对于Z轴的原始位移量；Zp:探头于主轴坐标系Z轴方向的偏移 量；XOff, YOff, ZOff:标准球在C轴坐标系X、Y与Z轴方向的位置偏移误差；AXp, AYp, AZp:X、Y、Z 方向的总成误差；Pejr:工具端坐标系相对对象端坐标系在参考坐标系的位置误差。
具体实施例方式以下将通过所列举的实施例配合随附的附图，详细说明本发明的技术内容及特征，其中:图1为本发明X线性运动轴几何误差的模型定义示意图；图2为本发明C转动运动轴几何误差的模型定义示意图3为本发明将R-test量具架设于五轴工具机械所构成的坐标系示意图；图4为本发明利用R-test量具测量所得总成误差的示意图；图5为本发明一优选实施例利用K4路径进行测量与经过计算后的误差值比较图。请参阅图1，工具机械的几何误差可以将单一线性运动轴定义出六个元件误差项(Component Errors),包括三个线性误差项(Translational Error)与三个转动误差项，每两个相交的线性轴则有垂直度的位置误差(Location Errors),以工具机械的X线性运动轴为例，X坐标系相对R参考坐标系的几何误差模型可以用4X4齐性转换矩阵(Homogeneous Transformation Matrix, HTM)表不如下:
权利要求
1.一种五轴工具机械的几何误差评估方法，其特征在于，可应用于一五轴加工机，其步骤包括有: a、利用一具有一探头与一标准球的R-test量具，该探头装设于该五轴加工机的一主轴，该标准球装设于该五轴加工机的一机台，且以该标准球的一球心作为一参考坐标系的原点； b、根据一五轴同动路径作为测量路径，应用该R-test量具测量该五轴工具机械的总成误差； C、将前步骤所测量得到的总成误差，以及该五轴工具机械已知的机构参数代入一几何误差模型，利用最小平方法求解而得到该几何误差模型所列11项几何误差项的值，其中，该几何误差模型如下表:
2.根据权利要求1所述的五轴工具机械的几何误差评估方法，其特征在于，步骤b中该五轴同动路径为ISO/⑶10791-6所规范的K4路径。
3.根据权利要求1所述的五轴工具机械的几何误差评估方法，其特征在于，步骤d的最小平方法包括计算总成误差，即各误差项乘以其误差放大因子的总和而得到测量向量，并设定一特定位置以计算各误差贡献函数，之后代入计算误差贡献矩阵而求解。
4.根据权利要求1所述的五轴工具机械的几何误差评估方法，其特征在于，该五轴工具机械具有三个线性轴 与二个转动轴。
全文摘要
本发明公开了一种五轴工具机械的几何误差评估方法，可应用于一五轴加工机。该评估方法的步骤包括利用具有探头与标准球的R-test量具装设于该五轴加工机，且以该标准球的球心作为参考坐标系的原点，之后根据一五轴同动路径作为测量路径而测量该五轴工具机械的总成误差，将所测量得到的总成误差与该五轴工具机械已知的机构参数代入一几何误差模型，利用最小平方法求解而得到该五轴工具机械其中11项几何误差项的值，具有快速而准确的优点。
文档编号G01B21/02GK103206932SQ201210007069
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者徐永源, 方天青, 吴仲伟, 张平升 申请人:财团法人精密机械研究发展中心