[发明专利]一种基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法

权利要求书

1.一种基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)建立复杂形线工件的数学模型，根据所述数学模型规划工件测量路径；将工件安装于测量平台后驱动工件回转，回转过程中利用测头按照所述测量路径或根据随动路径规划修正的测量路径采集得到工件测量数据；

所述复杂形线工件为蜗杆；以蜗杆的头数、轴向模数、分度圆直径、齿宽、齿根圆直径、齿顶圆直径、旋向、蜗杆类型、齿厚/齿距比、导程角以及轴向压力角为参数，利用CAD建立蜗杆数学模型；

所述测量平台选自四轴测量中心，所述四轴测量中心包括测头、用于控制测头位置的三轴运动系统以及可以与三轴运动系统联动的回转台，工件装夹在回转台上；

所述测量平台的机器坐标系标定于回转台：将标准球放置于回转台上，在I位置采集一组标准球表面的数据点，要求测点尽量均匀分布在标准球的表面，拟合出标准球球心在机器坐标系(XYZ)下的坐标值；回转台旋转合适角度θ后，在II位置重复采集并拟合得到标准球球心在机器坐标系(XYZ)下的坐标值，利用三角形关系计算出回转轴的XY坐标；以回转轴为z轴，回转轴中心为原点，重新建立机器坐标系(xyz)；

2)获取工件安装基准相对于测量平台回转轴的安装误差，基于坐标变换原理得出工件的安装误差矩阵；

所述步骤2)具体包括以下步骤：计算确定测量平台上工件安装倾斜关系，根据该关系建立工件坐标系，根据机器坐标系到工件坐标系的平移矩阵和旋转矩阵确定工件的安装误差矩阵；

工件安装倾斜关系用方向向量表示，记为a,b,c分别对应x_A-x_B,y_A-y_B,z_A-z_B；A:(x_A,y_A,z_A)、B:(x_B,y_B,z_B)是在机器坐标系下采集工件两个加工基准截面位置数据，并根据该位置数据拟合出的两个圆心；

平移矩阵表示为：

旋转矩阵表示为：

则所提取的安装误差矩阵为TR；

3)将工件测量数据经安装误差补偿后转换到工件坐标系，将转换到工件坐标系下的工件测量数据与所述数学模型进行空间位置最优匹配；

所述空间位置最优匹配包括以下步骤：计算转换到工件坐标系下的工件测量数据与该测量数据在工件数学模型表面空间投影的距离，然后确定使得测头在工件表面实际接触位置各点与对应投影点距离的平方和取最小值所对应的数据点空间位置，该数据点空间位置即为最优的匹配位置；确定最优匹配位置后，将工件坐标系下的工件测量数据沿整体空间变换到最优匹配位置处；

设每个测量点到工件数学模型表面的投影点的距离为d_i，测头半径为r，则最优匹配位置的条件为取Sum为最小值：

，

此时的空间变换矩阵M为最优匹配矩阵，利用最优匹配矩阵将工件坐标系下的测量数据沿整体空间进行变换，得到匹配后的数据点；

上述最优匹配矩阵通过迭代法求解得到，在实际匹配时固定其x、y两个坐标轴，移动测量数据坐标的z轴以达到最优位置，设定的终止条件为Sum取最小值；

4)经过步骤3)后，利用经过所述最优匹配的工件测量数据进行误差分析。

2.如权利要求1所述的基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法，其特征在于：所述随动路径规划修正包括以下步骤：根据建立的工件数学模型，完成误差分析参数测量路径规划，测量时根据测头已经采集到的测量数据拟合出对应的轮廓形状，对即将要测量的位置进行插值，根据插值结果预测下一实际测量点的位置，根据预测的测量点位置实时调整测量路径轨迹。

3.如权利要求1所述的基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法，其特征在于：所述工件坐标系的建立包括以下步骤：在机器坐标系下采集工件两个加工基准截面位置数据，根据该位置数据拟合出两个圆的半径和圆心位置参数，以两个圆的圆心连线为工件坐标系z′轴，z′轴和机器坐标系的x轴向量叉乘确立工件坐标系y′轴，y′轴与z′轴向量叉乘确立工件坐标系x′轴。

4.如权利要求1所述的基于安装误差提取及修正的工件加工误差分析方法，其特征在于：所述安装误差补偿包括以下步骤：将所述测量数据与安装误差矩阵相乘，获得转换后的工件坐标系下的工件测量数据。