[发明专利]一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法

摘要

本发明公开了一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，特征在于：包括以下步骤：第一步骤、固定工量具；第二步骤、获取旋转坐标数据；第三步骤、重复操作，等到多遍坐标位置；第四步骤、计算旋转中心、半径、旋转角度及误差；第五步骤、利用间接误差，计算定位精度、补偿值；第六步骤、是否在运行范围内；第七步骤、误差补偿，重新测量；第八步、绘制误差曲线图，输出结果；第九步骤、测量结束。过机床自身的直线轴定位精度为基准，当摆角头旋转时分别测量对应直线轴的空间位置，获取坐标数据建立空间关系，利用三角关系函数。

主权项

1.一种旋转摆角头定位精度间接测量补偿方法，特征在于：包括以下步骤：第一步骤、固定工量具a,在机床工作台上定位标准直角工装块(1)，在机床主轴头上固定百分表，百分表在直角工装块(1)的X轴方向的一个面运行，调整直角工装块(1)在X轴方向平行；b,旋转百分表90°，百分表在直角工装块(1)的Y轴方向的一个面运行，调整直角工装块(1)在Y轴方向平行；c,直角工装块(1)在X轴和Y轴平面平行后通过压块将其固定在机床的工作台上；d,将对刀表X(2)、对刀表Y(3)分别固定在直角工装块(1)的X平面和Y平面；e,将标准球头棒(4)固定到主轴刀柄(5)上，并确保主轴旋转时，百分表的跳动不得超过0.01mm。第二步骤、获取旋转坐标数据a，在机床上设定一个以0°的位置为定位精度测量基准点；b,第一次旋转测量；编辑机床数控定位程序，指令C轴(6)旋转到0°位置，沿X轴方向移动C轴(6)，使得球头棒(4)接近对刀表X(2)，将对刀表X(2)的显示值作为初始基准，X向坐标值为X11；c,沿Y轴方向移动C轴(6),使得球头棒(4)接近对刀表Y(3)，将对刀表Y(3)的显示值作为初始基准，Y向坐标值为Y11；d,记录下X向坐标值和Y向坐标值，得到第一组空间坐标点位置(X11，Y11)；e,第二次旋转测量；指令C轴(6)旋转到第二个角度位置，分别靠近对刀表X(2)和对刀表Y(3)，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X21，Y21)g,第三次旋转测量；指令C轴(6)旋转到第三个角度位置，分别靠近对刀表X(2)和对刀表Y(3)，使得各轴两次对刀表的显示值保持一致，记录X向坐标值和Y向坐标值，得到第二组空间位置(X31，Y31)；f,第N次旋转测量；采用上述同样旋转测量的方法，得到所有测量点的空间位置(Xn1，Yn1)；第三步骤、重复操作，等到多遍坐标位置根据测量计算要求，重复第二步骤的测量次数N＝3～5次；第二次(X12，Y12)、(X22，Y22)、(X32，Y32)、、、(Xn2，Yn2)；……第N次得到(X1N，Y1N)、(X2N，Y2N)、(X3N，Y3N)、、、(XnN，YnN)等；第四步骤、计算旋转中心、半径、旋转角度及误差a,计算旋转中心任意选取不同角度的3组坐标数据(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)，根据三点定圆的原理，根据以下公式计算得到圆心O坐标(XO，YO)。其中：为了消除计算和测量误差，可以选取多组坐标数据，计算多个圆心O坐标值，最后求平均得到综合圆心坐标(XO，YO)。b,计算旋转半径在得到旋转中心坐标值和各点的旋转坐标，根据两点距离的公式可以计算旋转半径。为了消除计算和测量误差，同样方法可以计算得到多个测量点对应的半径R长度，最后求平均得到旋转半径R。c,计算旋转角度及误差在已知旋转半径R，初始位置0°的坐标值(X11，Y11)，通过先前的间接测量又得到每一个旋转点的坐标(Xi1，Yi1)，任意一旋转点、初始点以及圆心三点连线构成了一个等腰三角形，利用其顶点角度与边长的关系可以反推计算顶点角度值，即为实际旋转角度，计算公式如下：通过上述步骤对n个测量点的N次正反方向的定位测量计算，得到实际定位角度，根据指令角度值与实际角度值相比较E＝θ指令‑θ实际，可以得到了n个测量点的N次正向运动误差值，如E11正、E12正、、、E1N正；E21正、E22正、、、E2N正；Ei1正、Ei2正、、、EiN正；En1正、En2正、、、EnN正。同时也得到了n个测量点的N次反向运动误差值，如E11反、E12反、、、E1N反；E21反、E22反、、、E2N反；Ei1反、Ei2反、、、EiN反；En1反、En2反、、、EnN反；第五步骤、利用间接误差，计算定位精度、补偿值根据上述正向运动误差集，可以求得该运动方向下的N次平均误差，计算公式如下：同样的原理，可以计算得到轴反向运动的的N次平均误差Ei反。根据各测量点的误差，可以采用多种计算计量标准，按照目前上国际和国内通常采用的VDI/DGQ 3441的计量标准，可以根据以下公式计算出双向定位精度Pa和双向重复定位精度Pr。Pa＝max((E1+2*S1),(E2+2*S2),,(Ei+2*Si),,(En+2*Sn))‑min((E1‑2*S1),(E2‑2*S2),,(Ei‑2*Si),,(En‑2*Sn))Pr＝max((2*S1正+2*S1反+abs(B1)),,(2*Si正+2*Si反+abs(Bi),,(2*Sn正+2*Sn反+abs(Bn))))其中：Bi＝Ei正‑Ei反当该旋转轴的定位精度Pa和重复定位精度Pr超出设计允许范围，可以将上述正向运动的N次平均误差Ei正和反向运动的N次平均误差Ei反输出用于补偿。针对控制系统具有双向误差补偿功能，上述补偿值可以单独使用；如果没有该项功能，则需要将正反向误差求平均作为该点的补偿值；第六步骤、是否在运行范围内如果该旋转轴的定位精度Pa和重复定位精度Pr在允许范围内，将定位指令值作为横坐标，误差区间段作为纵坐标；第七步骤、误差补偿，重新测量在第六步骤中，误差不在范围内则返回第二步重新测量；第八步、绘制误差曲线图，输出结果在第六步骤中，误差在范围内，把各点的间接测量计算得到的误差值标记于二维平面坐标系中，相同运动方向下的误差点连成线，不同次数采用不同显色区分即可得到误差曲线图；第九步骤、测量结束。