[发明专利]一种基于8条位移线测量的直线轴几何误差的快速辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于8条位移线测量的直线轴几何误差的快速辨识方法，包括测量沿3条轴线方向的定位误差，沿5条面对角线方向的定位误差。在三个坐标平面内分别进行不同起始顺序的6种测量路径的分步面对角线测量，可以解出直线轴的直线度误差。将直线度误差代入各直线轴的运动误差模型，可以获得俯仰和偏摆误差。在两个坐标平面内进行2种测量路径的分步面对角线测量，可以解出滚转误差。通过在5个平面内进行不同起始顺序的分步面对角线测量，结合沿3条轴线方向的定位误差，辨识出直线轴的其他几何误差，既考虑了转角误差对面对角线误差的影响，同时只需测量沿各光路的定位误差，降低了操作难度，提高了测量效率。

技术领域

本发明属于数控机床加工技术领域，具体涉及一种基于8条位移线测量的直线轴几何误差的快速辨识方法。

背景技术

目前直线轴几何误差的检测有直接测量和间接测量，直接测量法多用激光干涉仪对直线轴的单项几何误差进行测量，需要多次调整激光干涉仪，所需时间过长，效率低。间接测量方法，如9线法、12线法等存在一定不足，9线法通过使用双频激光干涉测量系统测量若干条直线上的定位误差或直线度误差，结合辨识算法来求解直线轴的其他误差，成本高，且不易操作，12线法求解模型复杂，且求解精度低于9线法。分步体对角线法只需测量各直线轴分步移动时在4条体对角线上的位移变化，因此测量效率得到提高，但是这种方法忽略了转角误差的影响，存在一定的原理误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于8条位移线测量的直线轴几何误差的快速辨识方法，该方法分别测量3个沿轴向的位移误差和5个沿面对角线的位移误差来辨识直线轴的几何误差，提高几何误差的测量效率。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于8条位移线测量的直线轴几何误差的快速辨识方法，包括以下步骤：

步骤1：定位误差的测量

以直线轴测量空间原点O为起点，使主轴分别以单步距离D_X、D_Y和D_Z沿着X、Y和Z轴移动，测量X、Y、Z轴的定位误差

步骤2：直线度误差的辨识

在XOY平面内，采用分步移动的方式，使主轴线先沿X轴后沿Y轴移动至面对角线的顶点，然后使主轴先沿Y轴后沿X轴移动至面对角线的顶点，通过激光测距仪获得此过程在面对角线方向的位移变化；与XOY平面的测量方式类似，在XOZ平面内执行先X轴后Z轴、先Z轴后X轴的分步移动方式，测量面对角线方向的位移变化；在YOZ平面内执行先Y轴后Z轴、先Z轴后Y轴的分步移动方式，测量此过程在面对角线方向的位移变化；

通过齐次坐标变换，分别建立X、Y、Z轴的几何误差模型；通过比较沿X、Y轴移动在X和Y方向的位移误差与面对角线位移方向的位移误差的关系，结合X、Y轴的定位误差，获得X轴在Y方向的直线度误差和Y轴在X方向的直线误差进行相似的对比，获得直线度误差

步骤3：转角误差的辨识

将步骤2解出的X轴和Y轴在XOY平面内的直线度误差代入XOY平面运动的误差模型、X轴和Z轴在XOZ平面的直线度误差代入XOZ平面运动的误差模型、Y轴和Z轴在YOZ平面的直线度误差代入YOZ平面运动的误差模型，分别获得X轴和Y轴绕Z轴的转角误差和X轴和Z轴绕Y轴的转角误差和Y轴和Z轴绕X轴的转角误差和

在XO₁Y平面执行先X轴后Y轴的分步移动方式，在YO₂Z平面执行先Y轴后Z轴的移动方式，测量在面对角线方向的位移变化；通过比较主轴在XOY和XO₁Y平面内移动在X和Y方向产生的几何误差，结合面对角线方向的位移变化，得到X轴和Y轴的滚转角误差和通过比较主轴在YOZ和YO₂Z平面内移动在Y和Z方向产生的几何误差，结合面对角线方向的位移变化，得到Z轴的滚转误差