[发明专利]一种数控机床直线运动轴几何精度快速检测方法

摘要

一种数控机床直线运动轴几何精度快速检测方法，属于数控机床检测技术领域。该方法首先将测量装置安装于直线运动轴，并随着直线运动轴以三种不同速度匀速运动，上层测量系统自动进行多通道采集、存储运动测点加速度数据；然后，基于相同几何误差信号可分解为不同频率分量，对不同测速下加速度信号进行滤波；最后，对滤波后的各加速度数据时域二次积分得到位移数据，并对三种测速下的位移数据进行数据叠加，完成直线运动轴变形计算；通过端点连线法计算直线运动轴的直线度，完成机床直线运动轴的直线度快速测量。本发明具有调试方便、测量效率高、数据处理能力强的优点，可实现机床直线运动轴几何精度的快速测量，设备集成度高、便于实现自动化。

主权项

1.一种数控机床直线运动轴几何精度快速检测方法，采用加速度传感器测量直线运动轴匀速运动时垂直于运动方向的加速度，通过二次积分得到直线运动轴的变形，进而计算得到直线运动轴的直线度；首先，将测量装置安装于直线运动轴上，并随着直线运动轴以三种不同速度匀速运动，数据采集卡自动进行多通道采集和存储运动测点加速度数据；然后，基于相同几何误差信号可分解为不同频率分量，对不同速度下加速度数据进行滤波；最后，对滤波后的各加速度数据时域二次积分得到位移数据，并对三种速度下的位移数据进行数据叠加，完成直线运动轴变形计算；通过端点连线法计算直线运动轴的直线度，完成机床直线运动轴的直线度快速测量；其特征在于，具体步骤如下：第一步，组装数控机床直线运动轴几何精度快速测量装置采用2个单轴加速度传感器：1^#单轴加速度传感器(1)和2^#单轴加速度传感器(2)组成的两向加速度传感器组；保证1^#单轴加速度传感器(1)测量方向为n方向，2^#单轴加速度传感器(2)测量方向为t方向，两个单轴加速度传感器分别通过螺母固定在检测盒(3)中；设定方向I为直线运动轴方向，检测盒(3)通过侧边法兰安装在数控机床直线运动轴(4)上，完成测量装置与数控机床直线运动轴的装夹；第二步，直线运动轴几何精度快速测量将测量装置沿方向I以高速中速低速分别从直线运动轴的一侧匀速运动到另一侧，同时上位机的数据采集系统高频存储各测点坐标及输出数字信号数据；其中运动速度为：其中，为I方向直线运动轴的最大进给速度；三种速度对应的采样频率分别为：其中，为高速运动下传感器的采样频率，为中速运动下传感器的采样频率，为低速运动下传感器的采样频率；测量获得I方向直线运动轴在三种速度下的测量加速度子集k为单轴加速度传感器标号，val为测量速度，为k^#单轴加速度传感器在测量速度val条件下、于I方向的直线运动轴第i测点输出信号，r为直线轴运动轨迹内的测点数，为k^#单轴加速度传感器在测量速度为val条件下、于I方向的直线运动轴第i测点的测量时间；其中，为高速运动下第i测点的测量时间，为中速运动下第i测点的测量时间，为低速运动下第i测点的测量时间；第三步，基于空间频率连续条件的滤波首先，分别对获得的I方向的直线运动轴在高速中速低速测量条件下的测量加速度子集与进行滤波，在高速、中速和低速的测量速度val条件下，滤波上限频率与下限频率为其中，为高速运动下滤波上限频率，为高速运动下滤波下限频率；为中速运动下滤波上限频率，为中速运动下滤波下限频率；为低速运动下滤波上限频率，为低速运动下滤波下限频率；按上述操作，得到滤波测量加速度子集其中，滤波信号为k^#单轴加速度传感器在测量速度val条件下、于I方向运动轴第i测点滤波后的信号；第四步，数据融合与直线度计算采用时域积分法对滤波测量加速度子集积分，得到测量速度子集其中其中，为第i测点的测量速度，为第i+1测点滤波后的信号，为第m测点滤波后的信号，为第1测点滤波后的信号，为测量速度val条件下滤波频率；采用时域积分法对测量速度子集进行积分，得到测量位移子集其中其中，为第i测点的测量位移，第i+1测点的测量速度，为第i测点的测量速度，为第1测点的测量速度；为i测点沿I方向的测量距离，其中，高速运动下传感器的采样频率，为I方向直线运动轴的最大进给速度；将低速、中速和高速测量条件下测量得到的测量位移子集中各元素相加，完成数据融合，得到元素的集合为测量位移总集，其中，为低速、中速和高速测量条件下的测量位移之和，为低速测量条件下的测量位移，为中速测量条件下的测量位移，为高速测量条件下的测量位移；最后，计算沿k^#单轴加速度传感器测量方向的直线度；直线度计算采用端点连线法，方法如下：测量位移总集各元素到端点连线的距离集合为其中为第i测点的测量位移之和，为第1测点的测量位移之和，为第r测点的测量位移之和；中，最大值为Δb_max，最小值为Δb_min；则直线度f为：①当Δb_min×Δb_max≤0时，f＝Δb_max‑Δb_min②当Δb_min≥0且Δb_max≥0时，f＝Δb_max③当Δb_min≤0且Δb_max≤0时，f＝‑Δb_min。