[发明专利]数控机床几何精度辨识方法

权利要求书

1.一种数控机床几何精度辨识方法，基于九线误差辨识法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤（1）、建立误差辨识模型，即计算得到测量点P₁在坐标x_j位置处的9个误差辨识方程矩阵：

δ(xj)ϵ(xj)=I3-[rP1×]I3-[rP2×]...I3-[rPi×]+ΔrP1(xj)ΔrP2(xj)...ΔrPi(xj)]]>

δ(yj)ϵ(yj)=I3-[rP1×]I3-[rP2×]...I3-[rPi×]+ΔrP1(yj)ΔrP2(yj)...ΔrPi(yj)]]>

δ(zj)ϵ(zj)=I3-[rP1×]I3-[rP2×]...I3-[rPi×]+ΔrP1(zj)ΔrP2(zj)...ΔrPi(zj)]]>

式中，ε_x(x_j)该测量点所在位置滚转角误差；为点P_i在位置j处的位置误差向量；为位置矢量的反对称矩阵，分别对应x,y,z三个坐标轴；为位置矢量的反对称矩阵，且有：

ΔrPi(xj)=ΔxPi(xj)ΔyPi(xj)ΔzPi(xj),[rPi×]=0-ZiYiZi0-Xi-YiXi0]]>

ΔrPi(yj)=ΔxPi(yj)ΔyPi(yj)ΔzPi(yj),[rPi×]=0-ZiXiZi0-Yi-XiYi0]]>

ΔrPi(zj)=ΔxPi(zj)ΔyPi(zj)ΔzPi(zj),[rPi×]=0-YiXiYi0-Zi-XiZi0;]]>

步骤（2）、误差检测与误差源辨识，具体包括以下操作：

选取测量方案，利用激光干涉仪检测各测量线上的位置误差，将检测结果代入步骤（1）中所述方程，辨识运动部件的6维位姿误差；

修正滚转角偏差，其具体测量方法为：

（1）在主轴箱上同时或分别固定两块千分表，并将测杆与工作台面接触；

（2）当工作台分别运动至x_a、x_b位置时，其中1≤a＜b≤n，记录千分表读数Δz′_i(x_a)、Δz′_i(x_b)，其中i＝1,2表示千分表序号；

（3）在四个测量点处根据式(5)分别得到4个Z向误差方程式

Δz1(xa)=δz(xa)-X1aϵy(xa)+Y1aϵx*(xa)Δz1(xb)=δz(xb)-X1bϵy(xb)+Y1bϵx*(xb)Δz2(xa)=δz(xa)-X2aϵy(xa)+Y2aϵx*(xa)Δz2(xb)=δz(xb)-X2bϵy(xb)+Y2bϵx*(xb)]]>

由于工作台面与X轴的不平行以及千分表测量基准与式(10)不同，导致千分表测量值与式(10)中等号左侧的理论值并不对等。为解决这一问题，采用如式(11)所示的作差处理，建立两者的联系：

[Δz₁(x_b)-Δz₁(x_a)]-[Δz₂(x_b)-Δz₂(x_a)]=[Δz′₁(x_b)-Δz′₁(x_a)]-[Δz′₂(x_b)-Δz′₂(x_a)]   (11)

rPi=(XiYiZi)T,i=1,2,3---(4)]]>

Δz1(xa)=δz(xa)-X1aϵy(xa)+Y1aϵx*(xa)Δz1(xb)=δz(xb)-X1bϵy(xb)+Y1bϵx*(xb)Δz2(xa)=δz(xa)-X2aϵy(xa)+Y2aϵx*(xa)Δz2(xb)=δz(xb)-X2bϵy(xb)+Y2bϵx*(xb)---(10)]]>

将式(4)、式(10)代入式(11)，即可求得偏差系数K，而后利用K值对九线法辨识出的滚转角误差进行修正，得到在机床坐标系下度量的滚转角误差；

步骤（3）、进行计算机仿真，首先给定当机床运动至坐标x时拖板的6项几何误差值，利用误差映射模型得到测量点P_i(i＝1,2,3)理想的空间位置误差，在理想值上线性叠加一个高斯噪声作为实际测量结果的模拟值，而后分别求解传统九线法与改进九线法得到的误差源辨识结果，多次重复上述过程，分析两种方法所得结果的统计特征，并比较两者的差别。

2.如权利要求1所述的数控机床几何精度辨识方法，其特征在于，所述测量点位置的优化规划过程，包括以下步骤：

首先，计算优化目标

minf=16Σi=16σi]]>

式中，σ_i表示第i个误差源辨识结果的标准差；

然后，设计变量(测量点位置)：以及

最后，计算约束条件(测量空间限制)：

Xmin≤Xi≤XmaxYmin≤Yi≤YmaxZmin≤Zi≤Zmax]]>

上式中，X_min/Y_min/Z_min及X_max/Y_max/Z_max表示工作台允许布置的测量点坐标范围；得到测量点的规划原则为：第一点与第二点选在距所测轴线导轨最近测量面对角线的两端点处，第三点选在最远测量面内垂直于所测轴线的一条边的中点处。