[发明专利]AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模和辨识方法

权利要求书

1.一种AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)基于局部指数积公式，建立五轴机床通用正向名义运动学模型；

建立五轴机床通用正向名义运动学模型的具体步骤如下：

(1-1)引入两相邻坐标系的初始位姿变换旋量，基于局部指数积公式，建立串联机床的运动学模型；

(1-2)以五轴机床坐标系为基坐标系，根据在工作台的工件支链和主轴刀具支链的关节个数，得到五轴机床的工件坐标系相对于基坐标系的齐次坐标转换矩阵；

(1-3)计算五轴机床的刀具坐标系相对于基坐标系的转换矩阵；

(1-4)计算基坐标系相对于工件坐标系的齐次坐标变换；

(1-5)建立五轴机床的刀具坐标系相对于工件坐标系的正向名义运动学模型；

(2)将步骤(1)得到的通用正向名义运动学模型应用于AC双转台五轴机床的正向名义运动学建模；

(3)由AC双转台五轴机床的正向名义运动学模型得到全位姿误差模型，对全位姿误差模型进行简化；

(4)根据球杆仪测量的距离误差，得到基于距离误差信息的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型。

2.如权利要求1所述的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，其特征在于，所述步骤(3)中，由AC双转台五轴机床的正向名义运动学模型计算全位姿误差模型，并对全位姿误差模型进行简化，其具体步骤如下：

(3-1)通过对初始位姿向量、关节旋量和关节位移微分得到全位姿误差模型；

(3-2)基于运动学误差集中于局部坐标系的初始位姿矩阵中，关节位移和关节旋量在标定过程中保持为名义值的假设，简化全位姿信息的误差模型。

3.如权利要求1所述的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据球杆仪测量的距离误差，得到基于距离误差信息的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型，其具体步骤如下：

(4-1)采用线性化方程表示AC双转台五轴机床的全位姿误差模型；

(4-2)建立机床刀尖点相对于工件坐标系和刀具坐标系的位置坐标之间的转换关系；

(4-3)将机床刀尖点的三维坐标的位置变化投影至球杆仪的轴向上，与球杆仪读数的变化保持一致；

(4-4)计算基于球杆仪测量距离变化的雅克比矩阵和需辨识的位置无关几何误差参数，得到基于距离误差信息的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型。

4.一种AC双转台五轴机床的位置无关几何误差辨识方法，其特征在于，所述的位置无关几何误差辨识方法基于权利要求1-3任一所述的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差建模方法，包括以下步骤：

(I)根据球杆仪测量的轨迹点，扩展AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型；

(II)采用带阻尼因子的迭代最小二乘法来辨识误差模型中的位置无关几何误差参数；

(III)使用位置无关几何误差参数更新五轴机床的初始位姿变换矩阵，并重复迭代至误差向量的模小于设定值，辨识得到AC双转台五轴机床的位置无关几何误差。

5.如权利要求4所述的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差辨识方法，其特征在于，所述步骤(I)中，根据球杆仪测量的轨迹点，扩展AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型的具体步骤如下：

(I-I)为辨识AC双转台五轴机床的位置无关几何误差参数，确认球杆仪测量的轨迹点的数目；

(I-II)根据球杆仪测量的轨迹点的数目，扩展基于距离误差的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差模型。

6.如权利要求5所述的AC双转台五轴机床的位置无关几何误差辨识方法，其特征在于，使用位置无关几何误差参数更新五轴机床的初始位姿变换矩阵，辨识得到AC双转台五轴机床的位置无关几何误差，其具体步骤如下：

(III-I)使用辨识出的位置无关几何误差参数来更新初始位姿变换矩阵；

(III-II)将步骤(III-I)重复迭代至误差向量的模‖y_b‖小于设定微小值ε，辨识得到AC双转台五轴机床的位置无关几何误差。