专利名称：基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法
技术领域：
本发明涉及激光精密测量技术，特别涉及一种基于激光多路分时测量的数控机床 的几何精度检测方法。
背景技术：
随着制造业和精密加工技术的不断发展，对数控机床加工精度的要求日益提高。 因此，如何快速并准确检测出机床各项误差并进行误差补偿，对提高数控机床的加工精度 起着及其重要的作用。由于几何误差受环境影响较小，重复性好，易于进行误差补偿，所以 是机床误差补偿的主要研究方向。目前，国内外用来检测数控机床几何误差的方法有很多，常见的有实物基准测量 法、激光球杆仪、正交光栅测量法、激光干涉测量法等，但这些方法在检测精度、检测效率以 及通用性上存在着不足，不能够满足机床快速、高精度的检测要求。随着机器人广泛应用于制造业，为了适应测量机器人的动作及一些大型工件装配 的要求，三维坐标动态跟踪测量技术迅速发展起来。激光跟踪测量系统具有快速、动态、高 精度的特点，满足了大范围、现场测量、无导轨柔性测量、实现动态跟踪测量等新要求，已成 为许多领域中不可替代的工具。国内虽也有采用激光跟踪仪检测机床的例子，但多为单站 式直接测量，当对中高档机床进行检测时，测量精度有待进一步的提高。激光跟踪三维坐标测量系统主要是基于球坐标法、三角法、多边法三种原理，按跟 踪系统的数量还可将其分为单站、多站两种配置。采用单站法测量机床精度时，由于转角的测量精度有限，而且角度测量本身的测 量不确定会随距离的增大而增大，与激光干涉的测距精度相差甚远，影响了空间坐标整体 精度。一般来说，激光测距可保证1X 10_6的测量精度，但考虑到测角误差的影响，这种系统 的坐标测量不确定度为士 1X 10_5，因此，采用单站法对高精度机床检测时，测量精度难以保 证。多站测量是基于多边法定位原理，测量过程中只用激光跟踪仪的测距信息，而不用其测 角信息，因此具有较高的测量精度，但需要多台激光跟踪仪同时对目标点进行测量，成本太 高，工程应用起来比较困难。综上所述，针对目前数控机床精度检测方法的不足，有必要提出一种新的数控机 床精度检测方法，以实现数控机床的快速和高精度检测。

发明内容
为了克服目前检测方法不能够满足机床精度的快速、高精度检测要求，本发明的 目的是提供一种基于激光多路分时测量的数控机床精度检测方法，该方法具有快速、精度 高等优点，适合中高档数控机床的精度检测。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法，其特征在于，包括下 述步骤
(1)多路分时测量步骤测量时，控制机床在三维空间进给，并在其运动路径上设置有多个测量点，一台激 光跟踪仪先后在至少三个基点位置，对机床相同的运动轨迹进行测量，当机床运动到各测 量点位置时，机床停止运动，记下该测量点位置处激光跟踪仪的测距读数，当所有测量点测 量完成后，得到不同测量点处激光跟踪仪的测距读数；然后将激光跟踪仪移动到其它基点 位置，重复上述测量过程，直至在所有基点位置都完成了对机床运动的测量；(2)测量所得数据处理步骤包括以下子步骤A、激光跟踪仪基点位置自标定采取每个基点位置坐标单独标定的原则，设Atl为机床初始测量点，机床沿着事先 设定好的路径运动，各测量点的理论坐标AiUi, Zi), i = l、2、...n，激光跟踪仪跟踪机 床并实时测量测量点到基点的距离变化量，假定瞄准初始测量点Atl时，激光跟踪仪的测距 读数置为0，则在机床的移动过程中，激光跟踪仪的测距读数就是测量点到基点的相对距离 变化量，记初始测量点A0到第一基点P1的距离记为L1，测量过程中测量点Ai到第一基点P1 的相对距离变化量记为Ili ；设第一基点P1坐标为(X，y，ζ)，对测量点AiUi, Yi, Zi)，按两点距离公式可以建立 如下方程组
权利要求
1. 一种基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法，其特征在于，包括下述 步骤(1)多路分时测量步骤测量时，控制机床在三维空间进给，并在其运动路径上设置有多个测量点，一台激光跟 踪仪先后在至少三个基点位置，对机床相同的运动轨迹进行测量，当机床运动到各测量点 位置时，机床停止运动，记下该测量点位置处激光跟踪仪的测距读数，当所有测量点测量完 成后，得到不同测量点处的激光跟踪仪的测距读数；然后将激光跟踪仪移动到其它基点位 置，重复上述测量过程，直至在所有基点位置都完成了对机床运动的测量；(2)测量所得数据处理步骤 包括以下子步骤A、激光跟踪仪基点位置自标定采取每个基点位置坐标单独标定的原则，设Atl为机床初始测量点，机床沿着事先设定 好的路径运动，各测量点的理论坐标&(\，Zi), i = l、2、...n，激光跟踪仪跟踪机床并 实时测量测量点到基点的距离变化量，假定瞄准初始测量点Atl时，激光跟踪仪的测距读数 置为0，则在机床的移动过程中，激光跟踪仪的测距读数就是测量点到基点的相对距离变化 量，记初始测量点A0到第一基点P1的距离记为L1，测量过程中测量点Ai到第一基点P1的相 对距离变化量记为Ili ；设第一基点P1坐标为(X，1，ζ)，对测量点AiUi, Zi)，按两点距离公式可以建立如下 方程组
2.如权利要求1所述的基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法，其特 征在于，所述步骤(1)中，激光跟踪仪所在的多个基站位置应不在同一平面，且高度差> IOOmm0
3.如权利要求1所述的基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法，其特征 在于，所述步骤(1)中，每个基点位置对机床运动测量包括正向运动测量和反向运动测量， 测量次数>=2次。
全文摘要
本发明公开了一种基于激光多路分时测量的数控机床几何精度检测方法，采用一台激光跟踪仪先后在不同的基点位置对机床相同的3D空间进给运动进行测量，通过对测量数据处理便能够分离出机床的各项误差。测量过程中，只涉及到位移量的测量，因此具有较高的测量精度。由于采用分时测量原理，与目前多站测量原理相比，系统硬件成本大大降低。同时一次测量便能够分离出机床的各项误差，检测效率大大提高。该方法具有快速、精度高等优点，适合于中高档数控机床的精度检测。
文档编号G01B11/00GK102062575SQ20101053910
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者王金栋, 费致根, 贾天玖, 邓玉芬, 郭俊杰 申请人:西安交通大学