一种带回转角度反馈功能的圆形联动误差测量装置的制作方法

本发明涉及联动误差测量装置，尤其是涉及一种带回转角度反馈功能的圆形联动误差测量装置。

背景技术：

机床的高精度加工成为业内人士关注的焦点。机床本身精度是影响加工精度的一项重要因素,如何快速有效的诊断出机床主要误差和通过补偿方式提高数控机床精度是一项很重要的工作。数控机床作为一种精密加工设备，不仅存在着制造误差、装配误差、伺服系统误差等各种非机械原因造成的误差。实际使用中，很多误差并不可能完全消除，随着机床的使用，内部零件的磨损，机床工作时的综合误差会越来越大，直接影响加工精度。因此，研究机床误差的原因并给予补偿和修正有着十分重要的意义。对于多轴数控机床来讲，加工过程中通常是在多轴联动状态下完成的。因此，检验机床两轴插补指令合成“圆运动”精度就十分必要(徐永智，王莉静.数控机床检测技术综述.安阳工学院学报.2012)。检测机床“圆运动”的精度不仅可以获得与机床的几何精度、位置误差、重复精度等有关信息，还可以获得与进给速度和伺服控制系统有关的动态误差分量的信息，包括机床爬行、标尺误差、反向间隙、伺服增益不匹配和由于伺服响应滞后引起的加工半径减小等误差分量；同时，机床“圆运动”精度，既可用于对新购机床的入厂检验，又可用于对数字控制系统各项参数的调整、以及定期保养时的测试。因此，机床的“圆运动”精度全面地反映出机床的加工性能。圆形联动误差的检测在机械加工中占很重要的地位，是一种能够有效反映机床精度和先进检测系统必不可少的检测手段并且在国际上普遍得到认可(刘焕牢.李斌.师汉民.基于球杆仪的数控机床误差补偿方法研究.华中科技大学,2003)。这种测量方法被广泛应用于先进的精密测量系统中作为数控机床圆检验标准。测量时，在机床的两轴联动下，机床按预定程序以底座为固定端，刀具为移动端，伸缩测量杆长度为半径沿测量装置中心作圆周运动，这时伸缩测量杆上的高精度位移传感器能够实时检测到各方向上半径的变化，同时测量出伸缩测量杆转过的角度，通过测量软件可以立即将机床的爬行，垂直度，直线度，比例不匹配，横向间隙，反向间隙等分离计算出来(商鹏.基于球杆仪的测量技术的三轴数控机床综合误差检测.天津大学硕士论文,2006)。这种测量方法应用广泛，可以用于检测数控立车，卧车，加工中心，工业机器人末端检测等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带回转角度反馈功能的圆形联动误差测量装置。

本发明设有底座、固定端球轴和伸缩测量杆；在固定端球轴轴肩上设有读数头支架，在读数头支架上安装读数头，在固定端球轴轴肩上的一端设有光栅支架圆盘，所述光栅支架圆盘可绕固定端球轴转动；在光栅支架圆盘的安装面上设有圆光栅玻璃码盘；伸缩测量杆上设有轴套，当伸缩测量杆移动端做圆弧运动时轴套可以带动光栅支架圆盘同步转动，使和光栅支架圆盘贴在一起的圆光栅玻璃码盘转动，在圆光栅玻璃码盘下方设有相对底座静止的读数头，读数头用于读取转角数据。

所述伸缩测量杆的轴心穿过固定端球轴的球心，圆光栅玻璃码盘的圆光栅轴心与固定端球轴的轴心重合。

所述伸缩测量杆内设有位移传感器和圆光栅的角位移传感器，位移传感器和圆光栅的角位移传感器的输出端接数据采集模块，数据采集模块的频率处理信号能记录伸缩测量杆采集到每一点理论值和实际值误差量时转动过的角度。

所述轴套与伸缩测量杆采用过盈配合。

所述轴套与光栅支架圆盘采用螺钉连接，由于伸缩测量杆的安装步骤需要，可采用可拆分离连接结构，对齐安装后锁紧光栅支架圆盘上的螺钉。

本发明通过两套精密传感器，一个位于伸缩测量杆内部的高精度位移传感器，一个是高精度角位移传感器微型圆光栅。以固定端为圆心，移动端刀具为加工点，可伸缩测量杆为半径，在两轴联动下作圆周插补运动时，移动端经过的每个位置上的半径理论值和实际值的误差量可以通过位于测量杆内部的高精度位移传感器采集，伸缩测量杆回转时转过的角度可以通过本发明的圆光栅直接读取。本发明具有结构简单，空间体积小，便于携带，安装方便和实用性强的特点。回转角度的同步测量使得角度误差大大减小，能够有效保证数据分离算法的高精度处理。

通过数据处理就能测量出两轴的运动误差和插补运动误差。控制机床主轴走基准圆，机床主轴实际走的点与基准圆有误差偏移量△R_(θ)。通过误差分离算法把偏移量△R_(θ)分离到X和Y轴上，求得插补运动时机床X轴的偏移量△x和Y轴的偏移量△y。把分离出来的△x和△y补偿到机床的插补运动中，可以有效提高机床精度。

带实际测量角度的分离算法如下：

Δx＝ΔR_(θ)×cosθ

Δy＝ΔR_(θ)×cosθ

传统的测量方式是把采集到的数据△R与回转角度θ的近似值通过算法直接分离，关键步骤分离时的角度采用近似值而不是直接测量，所得角度往往误差比较大。由于实际机床转角误差复杂,对机床造成的影响不同,必须对机床的转角误差进行精密测量,才能建立可靠的数学模型,对机床的误差进行有效的补偿。补偿分离后能提高多轴机构的精度。通过回转角度与圆形联动误差实时配合采集可实现误差分离算法的高精度数据处理。

本发明通过实时采集由伸缩测量杆采集的圆形联动误差数据和由微型圆光栅测量的伸缩测量杆回转角度θ通过圆形联动误差分离算法，即可得求得被测多轴机构直线轴的直线运动误差数据。本发明可快速实现多轴机构直线轴运动误差的高精度获取，并可提高多轴机构的运动误差补偿效率。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的分解结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1和2，本发明实施例设有底座9、固定端球轴3和伸缩测量杆1；在固定端球轴3轴肩上设有读数头支架7，在读数头支架7上安装读数头8，在固定端球轴3轴肩上的一端设有光栅支架圆盘4，所述光栅支架圆盘4可绕固定端球轴3转动；在光栅支架圆盘4的安装面5上设有圆光栅玻璃码盘6；伸缩测量杆1上设有轴套2，当伸缩测量杆1移动端做圆弧运动时轴套2可以带动光栅支架圆盘4同步转动，使和光栅支架圆盘4贴在一起的圆光栅玻璃码盘6转动，在圆光栅玻璃码盘6下方设有相对底座9静止的读数头8，读数头8用于读取转角数据。

所述伸缩测量杆1的轴心穿过固定端球轴3的球心，圆光栅玻璃码盘6的圆光栅轴心与固定端球轴3的轴心重合。

所述伸缩测量杆1内设有位移传感器和圆光栅的角位移传感器，位移传感器和圆光栅的角位移传感器的输出端接数据采集模块，数据采集模块的频率处理信号能记录伸缩测量杆采集到每一点理论值和实际值误差量时转动过的角度。

所述轴套2与伸缩测量杆1采用过盈配合。

所述轴套2与光栅支架圆盘4采用螺钉连接，由于伸缩测量杆的安装步骤需要，可采用可拆分离连接结构，对齐安装后锁紧光栅支架圆盘4上的螺钉。

所述光栅支架圆盘4是活动件，可绕固定端球轴3做回转运动。机床主轴运动时伸缩测量杆绕固定端做圆周运动；轴套2带动光栅支架圆盘同步转动，同时读数头能实时记录回转角度。

本发明的操作步骤具体如下：

开始时，安装好底座，设定执行程序使机床刀具头(移动端)和底座固定端的球对心，执行程序使机床移动端运动伸缩测量杆的长度；然后将可伸缩测量杆一端安装在移动端上，套上伸缩测量杆轴套，所述伸缩测量杆上的轴套用螺栓固定在光栅支架圆盘上，所述可伸缩测量杆回转过的角度可带动圆光栅的同步转动；最后通过所述圆光栅玻璃码盘下方的的读数头读取数据，采集到的数据上传到计算机便可分别求出两轴上的误差量。实际应用中，可根据所求误差量的大小对机床进行误差补偿以达到提高机床的精度的效果。