[发明专利]球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法

权利要求书

1.球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、将基座固定在机床工作台上；同步旋转台的一端通过轴承支承在基座上；将球座一固定在基座上，球座二固定在同步旋转台上，保证球座一的磁性球窝球心与球座二的磁性球窝球心位于同一高度；

步骤二、以球座一的磁性球窝球心为坐标原点o，初始时球座一与球座二的磁性球窝球心连线为y轴方向，水平面上垂直于y轴的直线为x轴方向，经过坐标原点o的竖直线为z轴方向，建立坐标系o-xyz；然后，将电容位移传感器夹具固定在同步旋转台的另一端，电容位移传感器一、电容位移传感器二和电容位移传感器三均固定在电容位移传感器夹具上，电容位移传感器一和电容位移传感器二位于电容位移传感器夹具两侧，电容位移传感器三位于夹具底部，保证电容位移传感器夹具、电容位移传感器一、电容位移传感器二和电容位移传感器三的中心轴线均位于面yoz上，且电容位移传感器一比电容位移传感器二靠近球座二；

步骤三、对球座一与球座二的磁性球窝中心距进行标定，取长度和球座一与球座二的磁性球窝中心距相等的球杆仪，将球杆仪的两端精密球分别吸附到球座一与球座二的磁性球窝上；

步骤四、将主轴嵌入电容位移传感器夹具内；然后，将托板通过托板紧固螺钉固定在电容位移传感器夹具上，使得托板平行于面yoz，且主轴的圆柱面与托板以及电容位移传感器夹具上平行于托板的内侧壁贴合，但主轴的圆柱面与电容位移传感器夹具的其余内侧壁均不接触，主轴端面上位于中心轴线上的点与球座一的磁性球窝球心等高；

步骤五、控制机床，使主轴作以半径为R的圆弧插补运动，电容位移传感器一、电容位移传感器二和电容位移传感器三通过电容位移传感器夹具随主轴一起作圆弧运动；球杆仪采集系统采集球杆仪测得的输出信号给处理器，电容位移传感器一、电容位移传感器二和电容位移传感器三采集主轴在运动过程中三个方向的位移信号给处理器，处理器处理后得到同步旋转台的偏心误差值，并进一步计算得到主轴三维误差。

2.根据权利要求1所述球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：所述的电容位移传感器夹具与同步旋转台通过夹具固定螺栓固定。

3.根据权利要求1所述球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：所述的电容位移传感器一、电容位移传感器二和电容位移传感器三均通过传感器紧固螺钉固定在夹具上。

4.根据权利要求1所述球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：所述电容位移传感器夹具的材料为殷钢。

5.根据权利要求1所述球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：所述球座一和球座二的磁性球窝内均固定有定位环，定位环设有一体成型且沿周向均布的三块支撑块。

6.根据权利要求1所述球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：所述球座一与球座二的磁性球窝中心距标定使用标定块规进行。

7.根据权利要求1至6中任一项所述球杆仪与电容位移传感器组合测量机床三维误差的方法，其特征在于：主轴三维误差的计算过程具体如下：

主轴作圆弧插补运动的圆心为坐标原点，同步旋转台的偏心误差通过球杆仪获得，设为Δr，将主轴端面上位于中心轴线上的点设为测量点，测量点到球座一的磁性球窝球心的距离为主轴作圆弧插补运动时的半径R；设电容位移传感器一和电容位移传感器二测得的位移信号经处理器处理后得到的位移值分别为Δa和Δb，电容位移传感器三测得的位移信号经处理器处理后得到的位移值为Δc，则测量点在理论圆轨迹平面上的实际误差Δ满足：

其中，Δa和Δb的值为负时，则主轴相对电容位移传感器夹具向电容位移传感器一偏移，此时，Δ与Δr的差值也为负；Δa和Δb的值为正时，则主轴相对电容位移传感器夹具向电容位移传感器二偏移，此时，Δ与Δr的差值也为正；

而主轴作圆弧插补运动时满足：

其中，Δx和Δy分别为机床主轴作圆弧插补运动时在x轴和y轴方向上的误差量，θ为机床主轴作圆弧插补运动时在速度为v的情况下运动t秒所转动的角度；

联立式(1)和式(2)，求解得到Δx和Δy；

此外，用电容位移传感器三测得的位移信号经处理器处理后得到的位移值直接作为机床主轴作圆弧插补运动时在z轴方向上的误差量Δz，则：

Δz＝Δc (3)。