[发明专利]基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法

权利要求书

1.一种基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，直线轴测量精度补偿：对五轴非接触式测量机中三个直线轴的21项几何误差进行测量和补偿，至达到直线轴测量精度要求；

步骤S2，建立回转中心线误差补偿模型：在完成步骤S2中操作后，将探针安装在C轴转台或C轴转台所在平面上，将标准球安装在A轴转台上，通过检测标准球随A轴转台做圆周运动的圆心得到A轴回转中心线的几何误差；再以A轴转台工作面圆心为坐标原点建立测量机的基坐标系，将探针装在A轴转台上，将标准球安装在C轴转台上，先标定探针的安装位置，得到探针安装的几何误差，再检测标准球随C轴转台做圆周运动的圆心，得到C轴回转中心线的几何误差；根据A轴回转中心线的几何误差和C轴回转中心线的几何误差建立回转中心线误差补偿模型；

步骤S3，回转中心线几何误差校准：采用五轴联动的方式通过探针对安装在C轴转台上的标准球做轮廓检测和尺寸检测，输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度；若测量精度无法满足要求则返回步骤S2重新建立回转中心线误差补偿模型；若测量精度满足要求则安装白光传感器并标定安装位置，采用五轴联动的方式通过白光传感器对标准球做轮廓检测和尺寸检测，再次输入回转中心线误差补偿模型评价测量精度，若测量精度满足要求则完成回转中心线几何误差标定，否则重新安装白光传感器后继续对标准球做轮廓检测和尺寸检测，评价测量精度至达到要求；最终以精度满足要求的白光传感器安装位置为标准测量位置。

2.根据权利要求1所述基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法，其特征是，在步骤S2中，检测A轴转台和C轴转台其中之一回转中心线的几何误差具体过程如下：

步骤S21，标准球球心标定：

在A轴转台或C轴转台其中之一上安装标准球a和b各一个，标准球a和b球心之间存在高度差，标准球a和b直径不同并安装在转台的不同回转轨迹上，另一转台或转台所在平台安装探针；探针所在平台或转台不旋转，其余四轴运动进行正转和反转，在正转和反转过程中分别对标准球a和b进行五点测量拟合得到标准球球心；五点测量中五个测点在标准球上的布局方式为一个旋转转台轴向最高点、与旋转转台轴向垂直的标准球大圆上四个坐标轴极值点；五个测点的坐标是p_raw(i，k，n)∈R³，n表示测点序号，i表示标准球正转测量次数i/2次和反转测量次数i/2次之和，i为偶数，k表示标准球a或b；基于步骤S1对这五个测点进行空间坐标值修正，补偿直线运动副21项误差引起的空间坐标的偏差，修正后五个测点的坐标是p_cal(i，k，n)∈R³；

根据五个测点的坐标及标准球的半径R_k，以偏差量h达到最小为拟合目标，采用最小二乘法拟合球心坐标p(i，k)∈R³，

步骤S22，标准球回转圆心标定：

正向旋转标准球所在转台，顺序旋转i/2次，得到i/2个角度位置作为测量位置，i/2个测量位置包含从起始位置起的至少720°旋转角度范围，每旋转一次测量一次标准球的球心；再反向旋转标准球所在转台，顺序旋转i次，得到i/2个角度位置作为测量位置，i/2个测量位置包含从起始位置起的至少720°旋转角度范围，每旋转一次测量一次标准球的球心；

标准球a和b分别检测i个位置，标准球a的i个测量位置和标准球b的i个测量位置不同，得到标准球a球心坐标p(i，a)∈R³，标准球b球心坐标p(i，b)∈R³；分别采用最小二乘法计算标准球a回转圆心o_a∈R³的坐标和标准球b回转圆心o_b∈R³的坐标

步骤S23，计算标准球所在转台回转中心线：

根据两点确定一直线的原理，计算得到标准球所在转台回转中心线其中，M、N、P表示直线的方向向量(M，N，P)的坐标值，x₀、y₀、z₀表示直线上一个已知点的坐标值，为o_a或o_b的坐标值；通过计算标准球所在转台的回转中心线与基坐标系XYZ的夹角得到标准球所在转台轴线与Z轴、Y轴的垂直度误差。