[发明专利]数控机床高动态大范围任意轮廓误差单目六维测量方法

说明书

本发明数控机床高动态大范围任意轮廓误差单目六维测量方法属于机床动态误差检测领域，涉及一种单目视觉测量技术配合短时频闪照明、先验标准板的数控机床高动态任意大范围轮廓误差六维测量方法。该方法设计了测量工装和测量系统，利用单目视觉位姿算法结合先验知识提升视觉可测机床插补轮廓的维度与范围。结合误差分配原则，利用小测量视场提升编码元的视场测量精度；采用该方法遍历拍摄每一帧图像即得到机床实际六维运动轮廓；通过与机床名义运动轮廓比较即可解算数控机床插补轮廓产生的六维误差。该方法通过单目视觉位姿算法结合基准转换方法，提高了视觉所测机床插补轮廓的维度；实现了小视场下数控机床大范围任意轮廓误差六维度测量。

技术领域

本发明属于机床动态误差检测领域，涉及一种单目视觉测量技术配合短时频闪照明、先验标准板的数控机床高动态任意大范围轮廓误差六维测量方法。

背景技术

诸如船用螺旋桨、舰艇用螺旋推进器、涡轮机与发动机叶片等难加工变曲率零件被广泛用于国家重大装备工程中，此类零件的形位及几何轮廓精度直接影响着装备的工作性能。多轴联动机床相比于传统三轴数控机床凭借其在加工过程中刀具与工件位姿角的可随时调控性，解决了大多数复杂变曲率零件一次装夹、加工难题。各类难加工、变曲率零件由多轴数控机床在高动态条件下伴随特定插补轮廓加工而成，特别在高进给条件下，由于机床动态特性不足引起的数控机床误差尤为突出，使得机床运行过程中刀具与工件间的相对位置产生空间偏离，降低工件加工品质。轮廓误差是评估数控机床动态性能的重要指标。因此，机床高动态、大范围、任意轮廓空间误差(动态特性)定期评估是评价数控机床动态性能以及提升加工精度的重要保证。

现有的数控机床轮廓误差测量方法有球杆仪测量法、平面光栅测量法、R-test测量法与视觉测量法等。福州大学陈建雄在《International Journal of Machine Tools&Manufacture》第77卷第77期发表的《Geometric error measurement and identificationfor rotary table of multi-axis machine tool using double ball bar》提出了回转轴4项安装误差及6项体积误差球杆仪检测与辨识方法。采用两步法通过使安装球杆仪获得测量数据，根据误差辨识模型结合辨识算法分离4项安装误差及6项体积误差。虽球杆仪设备使用灵活性高，但其为一维测量设备，只能测量平面圆轮廓误差而不能实现任意轮廓误差测量。此外，受限于杆长机械结构，球杆仪很难测量能较好反映机床动态性能的小半径圆轮廓误差。瑞士学者B.Bringmann等在《CIRP Annals-Manufacturing Technology》第58卷第1期发表的《A method for direct evaluation of the dynamic 3D path accuracy ofNC machine tools》提出了利用R-test测量的空间轮廓偏差来辅助辨识线性轴与回转轴误差的综合方法，在辨识的基础上通过加速度和加加速度参数再设置减小了机床轮廓运动偏差。R-test测量精度高，但其测量范围小，X、Y、Z单方向测量范围小于12mm，且在执行测量时会引入不相关轴的联动误差。日本京都大学Soichi Ibaraki等在《Laser Metrology&Machine Performance V》发表的《Diagnosis and compensation of motion errors inNC machine tools by arbitrary shape contouring error measurement》提出了基于平面光栅的机床安装及伺服系统误差测量与辨识方法。并结合数控位置的反馈信号补偿了伺服系统使机床轮廓精度提高。然而，此设备操作繁琐且无法测量转轴回转圆轮廓。