[发明专利]一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法

说明书

本发明公开了一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法，其通过使用激光干涉仪测量标准量块滑动时的直线度误差和角度误差及激光位移传感器测量的示数误差，并基于旋量理论表达各部分的运动，通过误差解耦的数据处理方法，最终计算出导轨基面的直线度误差值，以此实现测量精密导轨基面直线度误差的目的，具有精确的优点和一定可行性，可用于数控机床生产质量检测分析或机床精度分析的研究。

技术领域

发明属于数控机床几何误差研究领域，更具体地，涉及一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法。

背景技术

目前测量机床几何误差的仪器和工具主要有激光干涉仪、量尺、水平仪、准直仪和千分表等，激光干涉仪主要用来测量数控机床移动副的定位误差、直线度、角度误差、垂直度等，但较少应用于装配的导轨测量中，因为其测量耗时且成本较高，且使用传统的测量工具即可满足使用要求。水平仪和千分表可用于导轨装配中直线度和角度的测量，并以测量的结果为标准，对装配进行调整或对导轨基面进行刮研。准直仪适用于工厂中快速测量装配后导轨的直线度误差，效率较高且使用方便。

2001年日本学者Eiji Shamoto等采用干涉仪测量搭建了液压导轨副的测量实验平台，用有限元分析方法研究了液压导轨中油膜厚度及作用力对导轨直线度的影响大小。2007年加拿大的学者T.O.Ekinci等研究了导轨滑块上的角度误差与直线度误差的关系，采用了量尺和激光干涉仪搭建了实验平台，研究此关系与两滑块之间的距离与导轨基面轮廓波长比值的定量关系。2016年西安交大的Jun Zha等进一步考虑了静力学模型分析了液压导轨直线度精度，采用激光干涉仪进行测量数据进行验证。前人的研究中多是考虑导轨滑块的运动直线度误差中的关系，并进行了大量研究，而导轨基面本身直线度误差的测量并未具体论述。

针对导轨基面的直线度测量，目前机床厂绝大多数采用的是千分表和水平仪，精度不高且会引入其它不必要的误差。针对目前存在的问题，为了研究高精度测量导轨基面的直线度的方法，需要在目前条件下，提出合理的测试手段，并给出导轨基面直线度误差测量的解耦辨识方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种精确辨识机床导轨基面直线度误差的方法，其目的在于计算出导轨基面直线度误差的精确值，由此解决机床领域导轨基面直线度误差难以精确测量与获取的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法，包括如下步骤：

(1)搭建测量平台：

将激光干涉仪的激光头安装在待测量的导轨一侧，激光干涉仪反射镜安装于标准量块顶部且朝向激光头设置，激光位移传感器安装在标准量块上且位于标准量块后侧；将标准量块平放在待测量的导轨基面上；

(2)测量获取初始参数：

使标准量块紧靠导轨待测量面，移动标准量块，每移动到一个位置，记录此位置的激光干涉仪测量结果和激光位移传感器测量结果y_lx；激光干涉仪测量结果包括标准量块运动时的角度偏差中的俯仰角偏差ε_zx、滚动角偏差ε_xx，以及综合直线度误差δ_ysx；激光位移传感器起始点示数y_lx0；

(3)误差数据处理：

以反射镜上的测量点P的起始位置p₀作为全局坐标系零点，标准量块前进方向为X轴，竖直向上为Y轴，通过右手法则确定Z轴；

根据激光干涉仪测得的反射镜的综合直线度误差δ_ysx，推导得到标准量块上某一点的直线度偏差δ_yx；根据推导得到的δ_yx和步骤(2)测量得到的ε_zx、ε_xx建立激光位移传感器的运动模型，进而得到激光位移传感器的直线度偏差δ_ylx；