[发明专利]一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法

摘要

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。

主权项

1.一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法，其特征在于，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前侧；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ylx；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εzx、滚动角偏差εxx，以及综合直线度误差δysx；激光位移传感器起始点示数ylx0；(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δysx，推导得到标准量块上某一点的直线度偏差δyx；根据推导得到的δyx和步骤(2)测量得到的εzx、εxx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δylx；根据激光位移传感器测量结果ylx、激光位移传感器起始点示数ylx0和激光位移传感器的直线度偏差δylx，计算得到导轨基面的直线度误差δygx；步骤(3)的具体数据处理过程如下：激光干涉仪反射镜上的测量点为P，其初始位置为p0，p0在x方向上移动时的实际位置pxa表达式如下：其中，初始位置p0表达式如下：p0＝[xp0,yp0,zp0,1]T(2)xp0,yp0,zp0是p0在X、Y、Z三个方向上的坐标值；为旋量表达的沿X方向平移的变换矩阵；为旋量表达的沿直线度误差Y方向平移的变换矩阵；为旋量表达的沿X方向转动的变换矩阵；为旋量表达的沿Z方向转动的变换矩阵；假设：pxa＝[xxpa,yxpa,zxpa,1]T(3)其中，xxpa,yxpa,zxpa是pxa在X、Y、Z三个方向上的坐标值，则综合直线度误差δysx：δysx＝yxpa‑yp0(4)其中，yxpa＝yp0+δyx‑zp0sinεxx+xp0sinεzx(6)这样，根据(4)(6)得到：δysx＝δyx‑zp0sinεxx+xp0sinεzx(7)从而有：δyx＝δysx+zp0sinεxx‑xp0sinεzx(8)同理，激光位移传感器测量点Q，其起始位置q0为：q0＝[0,yq0,0,1]T(9)其中，yq0是q0在Y方向上的坐标值；点Q在X方向移动时实际位置qxa为：qxa＝[xxqa,yxqa,zxqa,1]T(10)其中xxqa,yxqa,zxqa为qxa在X、Y、Z三个方向上的坐标值，有并且，激光位移传感器的直线度偏差δylx为：δylx＝yxqa‑yq0(12)与(7)同理可得，δylx＝δyx‑zq0sinεxx+xq0sinεzx(13)并且，导轨基面的直线度误差δygx为：δygx＝ylx‑ylx0‑δylx(14)将(13)代入(14)即可得到δygx＝ylx‑ylx0‑δyx+zq0sinεxx‑xq0sinεzx(15)继续将(8)代入(15)，得到δygx＝ylx‑ylx0‑δysx+(xp0‑xq0)sinεzx+(zq0‑zp0)sinεxx(17)其中，δysx、εzx、εxx通过激光干涉仪测量得到，ylx、ylx0通过激光位移传感器示数读取得到，xp0、xq0、zq0、zp0均为已知参数，即可以根据公式(17)计算得到导轨基面直线度误差δygx的精确数值。