[发明专利]数控机床几何精度辨识方法

摘要

本发明公开了一种数控机床几何精度辨识方法，基于九线误差辨识法，包括以下步骤：步骤（1）建立误差辨识模型；步骤（2）误差检测与误差源辨识，对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。与现有技术相比，本发明提高了误差辨识结果的稳定性，并实现运动副制造安装误差的溯源。针对传统九线法滚转角误差辨识中存在原理性偏差的问题，提出一种实验修正方法，提高滚转角误差的辨识精度。

主权项

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。