[发明专利]一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法

权利要求书

1.一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设计并联动轨迹，采集数据：

设计五轴数控机床联动轨迹，需满足以下两个条件：A.轨迹在R-test量程之内；B.各进给轴的行程需要充分反映刀轴矢量误差在机床工作空间内的变化；

运行联动轨迹，将R-test接入数控系统，同步采集指令位置、光栅反馈及R-test位移数据；

2)利用五轴指令位置数据计算指令刀轴矢量：

指令刀轴矢量包括指令刀尖位置和指令刀轴姿态；采集数控机床5个进给轴的插补指令，通过机床正运动学变换，得到工件坐标系下指令刀尖位置和指令刀轴姿态，对于AC转台机床，经过正运动学变换，理论刀尖点坐标(X_Pc，Y_Pc，Z_Pc)如式(1)；

式中：X_Pc,Y_Pc,Z_Pc——工件坐标系下球心坐标；X(t),Y(t),Z(t),α₀,γ₀——X，Y，Z，A，C轴插补指令；L_YAx,L_YAy,L_YAz——机床坐标系原点到A轴控制点矢量分量(-RTCP)；L_ACx,L_ACy,L_ACz——A轴控制点到C轴控制点矢量分量(RTCP)；L_CWx,L_CWy,L_CWz——C轴控制点到工件坐标系原点矢量分量(G54)；

指令刀轴姿态O_c(X_Oc，Y_Oc，Z_Oc)如式(2)，

进而得到指令刀轴矢量；

3)利用光栅及R-test位置数据计算实际刀轴矢量：

刀尖点实际位置由R-test测量得到，提取R-test数据，经过转换矩阵变换到工件坐标系下的检测球球心坐标，检测球球心坐标为实际刀尖位置(X_Pa，Y_Pa，Z_Pa)，如式(3)所示，

[X_Pa,Y_Pa,Z_Pa]＝Sen_S·T   (3)

式中，Sen_s为三传感器数值，T为标定得到的转换矩阵；

通过旋转轴光栅，得到A轴实际角度α，与C轴实际角度γ，则实际刀轴姿态O_a(X_Oa，Y_Oa，Z_Oa)如式(4)，

结合刀尖实际位置与刀轴姿态，得到实际刀轴矢量；

4)刀轴矢量误差求解：

刀尖位置轨迹误差δ_P为指令刀尖位置和实际刀尖位置的距离，其计算公式如式(5)，

刀轴姿态轨迹误差为指令刀轴姿态和实际刀轴姿态的夹角，根据弧度的定义规则，在圆半径为1时，弧长为1对应的角度为1rad，刀轴姿态模长为1时，理论刀轴姿态O_c和实际刀轴姿态O_a的差的模长等于夹角，即刀轴姿态误差角度ε_O，如式(6)，

ε_O≈||O_c-O_a||   (6)

计算刀尖位置误差和刀轴矢量误差。