[发明专利]基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光精密测量技术，特别涉及一种基于激光多路分时测量的数控机床的几何精度检测方法。

背景技术

随着制造业和精密加工技术的不断发展，对数控机床加工精度的要求日益提高。因此，如何快速并准确检测出机床各项误差并进行误差补偿，对提高数控机床的加工精度起着及其重要的作用。由于几何误差受环境影响较小，重复性好，易于进行误差补偿，所以是机床误差补偿的主要研究方向。

目前，国内外用来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、激光球杆仪、正交光栅测量法、激光干涉测量法等，但这些方法在检测精度、检测效率以及通用性上存在着不足，不能够满足机床快速、高精度的检测要求。

随着机器人广泛应用于制造业，为了适应测量机器人的动作及一些大型工件装配的要求，三维坐标动态跟踪测量技术迅速发展起来。激光跟踪测量系统具有快速、动态、高精度的特点，满足了大范围、现场测量、无导轨柔性测量、实现动态跟踪测量等新要求，已成为许多领域中不可替代的工具。国内虽也有采用激光跟踪仪检测机床的例子，但多为单站式直接测量，当对中高档机床进行检测时，测量精度有待进一步的提高。

激光跟踪三维坐标测量系统主要是基于球坐标法、三角法、多边法三种原理，按跟踪系统的数量还可将其分为单站、多站两种配置。

采用单站法测量机床精度时，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，与激光干涉的测距精度相差甚远，影响了空间坐标整体精度。一般来说，激光测距可保证1×10^-6的测量精度，但考虑到测角误差的影响，这种系统的坐标测量不确定度为±1×10^-5，因此，采用单站法对高精度机床检测时，测量精度难以保证。多站测量是基于多边法定位原理，测量过程中只用激光跟踪仪的测距信息，而不用其测角信息，因此具有较高的测量精度，但需要多台激光跟踪仪同时对目标点进行测量，成本太高，工程应用起来比较困难。

综上所述，针对目前数控机床精度检测方法的不足，有必要提出一种新的数控机床精度检测方法，以实现数控机床的快速和高精度检测。

发明内容

为了克服目前检测方法不能够满足机床精度的快速、高精度检测要求，本发明的目的是提供一种基于激光多路分时测量的数控机床精度检测方法，该方法具有快速、精度高等优点，适合中高档数控机床的精度检测。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)多路分时测量步骤

测量时，控制机床在三维空间进给，并在其运动路径上设置有多个测量点，一台激光跟踪仪先后在至少三个基点位置，对机床相同的运动轨迹进行测量，当机床运动到各测量点位置时，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，当所有测量点测量完成后，得到不同测量点处激光跟踪仪的测距读数；然后将激光跟踪仪移动到其它基点位置，重复上述测量过程，直至在所有基点位置都完成了对机床运动的测量；

(2)测量所得数据处理步骤

包括以下子步骤：

A、激光跟踪仪基点位置自标定

采取每个基点位置坐标单独标定的原则，设A₀为机床初始测量点，机床沿着事先设定好的路径运动，各测量点的理论坐标A_i(x_i，y_i，z_i)，i＝1、2、...n，激光跟踪仪跟踪机床并实时测量测量点到基点的距离变化量，假定瞄准初始测量点A₀时，激光跟踪仪的测距读数置为0，则在机床的移动过程中，激光跟踪仪的测距读数就是测量点到基点的相对距离变化量，记初始测量点A₀到第一基点P₁的距离记为L₁，测量过程中测量点A_i到第一基点P₁的相对距离变化量记为l_1i；

设第一基点P₁坐标为(x，y，z)，对测量点A_i(x_i，y_i，z_i)，按两点距离公式可以建立如下方程组：