[发明专利]测量三坐标测量机21项机构误差的测量系统及测量方法

权利要求书

1、测量三座标测量机21项机构误差的测量系统，它包括三座标测量机(5)和一维球列测量装置(7)，其特征在于：所说的一维球列测量装置(7)由基体(1)，3至50个精密钢球(2)，磁性球座(3)组成，所说的基体(1)和钢球(2)为刚性不可拆卸联接，所说的3至50个钢球(2)在基体(1)上等间距排成一列，磁性球座(3)与钢球(2)的接触测量面有3个等距排列支点。

2、使用权利要求1所述的测量系统测量三座标测量机21项机构误差的测量方法，其特征在于：依序按以下步骤进行：

①建立一维球列所在的座标系为UVW右手直角座标系，联接首尾两个球心的直线从左向右为U轴正向，基体的上表面外法线为W轴正向，左侧第一个球心为UVW系座标原点。

②建立三座标测量机所在座标系为XYZ右手直角座标系，XY为水平面，自下而上为Z轴正向。

③选定一维球列座标系UVW与被测三座标测量机的座标系XYZ分别有18种相对位置，在该18种相对位置，由被测三座标测量机（5）和固定于其上的磁性球座（3）对一维球列（7）上的每一钢球（2）进行定位读数，可以得到相应的18组三座标测量读数。

所说的18组测量读数的统一记录格式为：

X_i（r，n），Y_i（r，n），Z_i（r，n）

X，Y，Z表示测量机的三座标定位读数，i表示一维球列中第i个球，r分别取x，y，z，表示一维球列沿X轴或Y轴或Z轴放置，n分别取1，2，3，，……，18，表示一维球列座标系按第1，2，3……，18种位置放置。若沿对角线方向放置，括号中不写r。

④先对一维球列进行自检，包括

<1>一维球列中第i个（i≥2）球心偏离等间距标准位置在U轴方向的位置误差δ_u（i），

<2>一维球列中第i个（i≥2）球心偏离U轴在V方向的直线度误差δ_v（i），

<3>一维球列中第i个（i≥2）球心偏离U轴在W方向的直线度误差δ_w（i）。

⑤所说的误差δ_u（i）的自检方法是：

<1>将一维球列（7）按所说的18种位置之中的第15种位置放置在三座标测量机上，即：

u轴与X轴同向，v轴与Y轴同向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，15），Y_i（x，15），Z_i（x，15），

<2>将一维球列（7）按所说的18种位置之中的第16种位置放置在三座标测量机上，即：

沿X轴平移一维球列（7），使一维球列的座标原点沿X轴正向移动到第15种位置的第2个球心位置，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，16），Y_i（x，16），Z_i（x，16）

<3>将X_i（x，15）和X_i（x，16）进行差值运算，可得δ_u（i）的计算原始数据。

⑥所说的δ_v（i）和δ_w（i）的自检方法是：

<1>将一维球列（7）按所说的18种位置之中的第17种位置放置在三座标测量机上，即：

u轴与X轴同向，w轴与Y轴同向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，17），Y_i（x，17），Z_i（x，17）

<2>将一维球列（7）按所说的18种位置之中的第18种位置放置在三座标测量机上，即：

u轴与X轴同向，w轴与Y轴反向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，18），Y_i（x，18），Z_i（x，18）

<3>将Y_i（x，17）和Y_i（x，18）进行计算，可得δ_w（i），

将Z_i（x，17）和Z_i（x，18）进行计算，可得δ_v（i）。

⑦测量三座标测量机21项机构误差的测量过程是：

分别将一维球列（7）按所说的18种位置之中的第1种位置到第14种位置放置在三座标测量机上并进行测量，即：

<1>所说的18种位置之中的第1种位置是：

u轴与X轴同向，w轴与Z轴同向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，1），Y_i（x，1），Z_i（x，1）

<2>所说的18种位置之中的第2种位置是：

将第1种位置的一维球列沿Z轴正向平移距离Zm，Zm为三座标测量机Z轴的最大测量范围，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，2），Y_i（x，2），Z_i（x，2）

<3>所说的18种位置之中的第3种位置是：

将第1种位置的一维球列沿Y轴正向平移距离1/2Ym，Ym为三座标测量机Y轴的最大测量范围，在测量机测头座（4）上装一伸长方向与Y轴正向一致的伸长杆（6），在伸长杆（6）的末端联接磁性球座（3），由装有伸长杆（6）和磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，3），Y_i（x，3），Z_i（x，3）

<4>所说的18种位置之中的第4种位置是：

一维球列保持第3种位置不变，在测量机测头座（4）上装一伸长方向与Y轴负向一致的伸长杆（6），在伸长杆（6）的末端联接磁性球座（3），由装有伸长杆（6）和磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（x，4），Y_i（x，4），Z_i（x，4）

<5>所说的18种位置之中的第5种位置是：

u轴与Y轴同向，w轴与Z轴同向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（y，5），Y_i（y，5），Z_i（y，5）

<6>所说的18种位置之中的第6种位置是：

将一维球列由第5种位置沿Z轴正向平移距离Zm，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（y，6），Y_i（y，6），Z_i（y，6）

<7>所说的18种位置之中的第7种位置是：

将第5种位置的一维球列沿X轴正向平移距离Xm，Xm为三座标测量机X轴的最大测量范围，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（y，7），Y_i（y，7），Z_i（y，7）

<8>所说的18种位置之中的第8种位置是：

u轴与Z轴同向，w轴与Y轴反向，一维球列的座标原点位于测量机Z＝0水平面大致中心位置，在测量机测头座（4）上装一伸长方向与X轴正向一致的伸长杆（6），在伸长杆（6）的末端联接磁性球座（3），由装有伸长杆（6）和磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（z，8），Y_i（z，8），Z_i（z，8）

<9>所说的18种位置之中的第9位置是：

一维球列保持第8种位置不变，在测量机测头座（4）上装一伸长方向与X轴负向一致的伸长杆（6），在伸长杆（6）的末端联接磁性球座（3），装有伸长杆（6）和磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（z，9），Y_i（z，9），Z_i（z，9）

<10>所说的18种位置之中的第10种位置是：

u轴与Z轴同向，w轴与X轴同向，一维球列的座标原点位于测量机Z＝0水平面大致中心位置，在测量机测头座（4）上装一伸长方向与Y轴正向一致的伸长杆（6），在伸长杆（6）的末端联接磁性球座（3），由装有伸长杆（6）和磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（z，10），Y_i（z，10），Z_i（z，10）

<11>所说的18种位置之中的第11种位置是：

一维球列保持第10种位置不变，在测量机测头座（4）上装一伸长方向与Y轴负向一致的伸长杆（6），在伸长杆（6）的末端联接磁性球座（3），由装有伸长杆（6）和磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（z，11），Y_i（z，11），Z_i（z，11）

<12>所说的18种位置之中的第12种位置是：

u轴沿Z＝0，XY平面的对角线方向，w轴与Z轴同向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（12），Y_i（12），Z_i（12）

<13>所说的18种位置之中的第13种位置是：

u轴沿Y＝0，ZX平面的对角线方向，v轴与Y轴同向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（13），Y_i（13），Z_i（13）

<14>所说的18种位置之中的第14种位置是：

u轴沿X＝0，YZ平面的对角线方向，v轴与X轴反向，两座标系的座标原点重合，由直接装有磁性球座（3）的三座标测量机（5）对每一钢球（2）进行定位读数，在XYZ座标系中的读数记为

X_i（14），Y_i（14），Z_i（14）

⑧由步骤⑦所述的测量过程获得的14组测量读数可计算得到被测三座标测量机的21项机构误差是：

<1>所说沿X轴运动时沿X方向的位置误差δ_x（X）由读数X_i（x，1）和δ_u（i）进行差值计算得到

<2>所说沿X轴运动时沿Y方向的直线度误差δ_y（X）由读数Y_i（x，1）和δ_v（i）进行差值计算得到

<3>所说沿X轴运动时沿Z方向的直线度误差δ_z（X）由读数Z_i（x，1）和δ_w（i）进行差值计算得到

<4>所说沿X轴运动时绕Y轴的俯仰角误差ε_y（X）由读数X_i（x，1）和X_i（x，2）进行差值计算得到

<5>所说沿X轴运动时绕Y轴的偏摆角误差ε_s（X）由读数X_i（x，3）和X_i（x，4）进行差值计算得到

<6>所说沿X轴运动时绕x轴的滚动角误差ε_x（X）由读数Z_i（x，3）和Z_i（x，4）进行差值计算得到

<7>所说沿Y轴运动时沿X方向的直线度误差δ_x（Y）由读数X_i（y，5）和δ_v（i）进行差值计算得到

<8>所说沿Y轴运动时沿Y方向的位置误差δ_y（Y）由读数Y_i（y，5）和δ_u（i）进行差值计算得到

<9>所说沿Y轴运动时沿Z方向的直线度误差δ_z（Y）由读数Z_i（y，5）和δ_w（i）进行差值计算得到

<10>所说沿Y轴运动时绕X轴的俯仰角误差ε_x（Y）由读数Y_i（y，5）和Y_i（y，6）进行差值计算得到

<11>所说沿Y轴运动时绕Y轴的滚动角误差ε_y（Y）由读数Z_i（y，5）和Z_i（y，7）进行差值计算得到

<12>所说沿Y轴运动时绕Z轴的偏摆角误差ε_s（Y）由读数Y_i（y，5）和Y_i（y，7）进行差值计算得到

<13>所说沿Z轴运动时沿X方向的直线度误差δ_x（Z）由读数X_i（z，8）和δ_v（i）进行差值计算得到

<14>所说沿Z轴运动时沿Y方向的直线度误差δ_y（Z）由读数Y_i（z，10）和δ_v（i）进行差值计算得到

<15>所说沿Z轴运动时沿Z方向的位置误差δ_z（Z）由读数Z_i（z，8）和δ_u（i）进行差值计算得到

<16>所说沿Z轴运动时绕X轴的角误差ε_x（Z）由读数Z_i（z，10）和Z_i（z，11）进行差值计算得到

<17>所说沿Z轴运动时绕Y轴的角误差ε_y（Z）由读数Z_i（z，8）和Z_i（z，9）进行差值计算得到

<18>所说沿Z轴运动时绕Z轴的角误差ε_x（Z）由读数X_i（z，10）和X_i（z，11）进行差值计算得到

<19>所说X轴与Y轴的垂直度误差α_xy由X_i（12），Y_i（12），δ_u（i）和其它已知机构误差计算得到

<20>所说X轴与Z轴的垂直度误差α_xs由X_i（13），Z_i（13）和δ_u（i）和其它已知机构误差计算得到

<21>所说Y轴与Z轴的垂直度误差α_yz由Y_i（14），Z_i（14）和δ_u（i）和其它已知机构误差计算得到