[发明专利]圆柱坐标测量机转台误差辨识与补偿方法

说明书

本发明提供一种圆柱坐标测量机转台误差辨识与补偿方法，包括：在转台中心建立转台坐标系，根据转台几何误差变换矩阵，采用回转轴校准装置、激光干涉仪和球杆仪对六项几何误差进行辨识，操作过程如下：在转台中心建立转台坐标系，转台旋转角度时，得到对应的转台几何误差变换矩阵；分两步对圆柱坐标测量机转台的六项几何误差辨识：a）采用回转轴校准装置和激光干涉仪配合使用对误差项进行辨识；b）采用两个高度下的球杆仪安装位置共五种姿态辨识其余五项几何误差；经过以上两步，获得离散的角度六项几何误差表后，对于任意一个旋转角度，利用线性插值获得角度对应下的六项几何误差。本发明降低了操作难度。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，尤其是一种圆柱坐标测量机转台误差辨识与补偿方法。

背景技术

传统的三坐标测量机可以对零部件的尺寸、形状和位置进行检测，在机械制造、汽车生产线和航空航天等加工测量领域具有广泛的应用。但是，对于回转体类零件的测量，比如发动机套筒、航空发动机叶片等，可以构造圆柱坐标测量机——包括两根平动轴和一根转轴进行测量，相比于直接在传统三坐标测量机上配置转台变成四轴坐标测量机对回转类零件进行测量，圆柱坐标测量机只有三根运动轴，少了一根平动轴，结构上更紧凑，也更经济。

由于缺少一根平动轴，对转台进行几何误差辨识难度较大。之前大量关于转台几何误差辨识与补偿的方法都是基于设备具有X、Y、Z三根平动轴，这样可以比较方便的从空间三个方向获得数据。典型的设备是五轴数控机床，其配有两个转台，球杆仪是几何误差辨识非常重要的仪器，在多种辨识方法中都对球杆仪实时位置有很高的要求，比如转台旋转过程中要保证球杆仪与坐标轴实时平行，而圆柱坐标测量机因为只有两根平动轴，只用球杆仪对圆柱坐标测量机转台进行6项几何误差补偿显得非常困难。

发明内容

为了克服球杆仪辨识转台几何误差实时位置要求高等缺点，本发明提供一种圆柱坐标测量机转台误差辨识与补偿方法，采用回转轴校准装置、激光干涉仪和球杆仪对回转台进行几何辨识，并从理论上推导本方法对球杆仪安装位置要求和实时姿态要求不高，降低了操作难度。

本发明实施例采用的技术方案是：

一种圆柱坐标测量机转台误差辨识与补偿方法，包括：在转台中心建立转台坐标系，根据转台几何误差变换矩阵，采用回转轴校准装置、激光干涉仪和球杆仪对六项几何误差进行辨识，操作过程如下：

在转台中心建立转台坐标系O-X_RY_RZ_R，转台旋转角度θ时，对应的转台几何误差变换矩阵为：

以下分两步对圆柱坐标测量机转台的六项几何误差辨识：六项几何误差分别为回转轴X、Y、Z三个方向的平动误差δ_xc、δ_yc、δ_zc和X、Y、Z三个方向的转动误差ε_xc、ε_yc、ε_zc；

a)采用回转轴校准装置和激光干涉仪配合使用对误差项ε_zc进行辨识；

b)采用两个高度下的球杆仪安装位置共五种姿态辨识其余五项几何误差；

经过以上两步，获得离散的角度六项几何误差表后，对于任意一个旋转角度α，首先根据周期性调整到0到360°范围记为β，然后查找与β最近的两个离散角度θ，利用线性插值获得α角度对应下的六项几何误差。

进一步地，步骤a的具体过程为：

步骤a1，在转台上安装回转轴校准装置，将回转轴校准装置安装在转台中心，并进行固定；

步骤a2，放置激光干涉仪，使得激光干涉仪和回转轴校准装置在同一高度，然后在回转轴校准装置和激光干涉仪之间放干涉镜，校准光路；