一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)領(lǐng)域，具體為一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，滿足校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)方式一致要求，正確分析五軸綜合誤差對(duì)檢測(cè)零件的影響，同時(shí)也是量值溯源的要求。通過合理建立坐標(biāo)系，設(shè)計(jì)確定校準(zhǔn)的空間理論位置，制定校準(zhǔn)路徑，實(shí)現(xiàn)空間五軸綜合誤差校準(zhǔn)。本發(fā)明在四軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制設(shè)計(jì)了五軸(兩個(gè)轉(zhuǎn)軸、三個(gè)坐標(biāo)軸)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)的方案和步驟，設(shè)計(jì)建立適宜的坐標(biāo)系、校準(zhǔn)方案和校準(zhǔn)路徑，通過確定標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球的球心在測(cè)量空間內(nèi)的各種理論位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各理論位置的實(shí)際檢測(cè)，并通過理論值與實(shí)測(cè)值的比對(duì)得出五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差值，滿足校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)方式狀態(tài)一致要求。
【專利說明】一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)領(lǐng)域，具體為一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]為滿足生產(chǎn)科研和計(jì)量檢測(cè)量技術(shù)的發(fā)展需求，五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)已成為一項(xiàng)急需解決的校準(zhǔn)技術(shù)問題。依據(jù)JJF1064—2010坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范的要求,對(duì)于多軸測(cè)量機(jī)應(yīng)進(jìn)行綜合校準(zhǔn)精度校準(zhǔn)，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定了四軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差的校準(zhǔn)，即對(duì)一個(gè)水平旋轉(zhuǎn)軸和三個(gè)線性坐標(biāo)軸綜合誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)四軸誤差校準(zhǔn)的具體操作方法進(jìn)行了規(guī)定，確定了如何建立坐標(biāo)系、構(gòu)建空間理想位置、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及實(shí)際檢測(cè)的方法和步驟，并對(duì)綜合徑向誤差、切向誤差、軸向誤差的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了規(guī)定。
[0003]對(duì)于五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差的校準(zhǔn)技術(shù)，目前還沒有相關(guān)的技術(shù)文件支持，無法進(jìn)行綜合誤差校準(zhǔn)。由于增加了 一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，與四軸綜合誤差校準(zhǔn)方案產(chǎn)生了不同，五軸綜合誤差校準(zhǔn)在建立坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)考慮傾斜轉(zhuǎn)軸的方向，并在坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換及建立空間理論位置時(shí)，應(yīng)將水平旋軸繞傾斜轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，校準(zhǔn)誤差應(yīng)包含水平和傾斜轉(zhuǎn)軸不垂直帶來的影響等。
[0004]研究解決五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)，不僅可滿足國(guó)家規(guī)范的要求，使校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)工件的方式達(dá)到一致，同時(shí)便于正確分析五軸測(cè)量機(jī)對(duì)檢測(cè)工件的整體精度影響，從而可保證產(chǎn)品的檢測(cè)質(zhì)量。因此，完成此項(xiàng)技術(shù)工作具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，滿足校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)方式一致要求，正確分析五軸綜合誤差對(duì)檢測(cè)零件的影響，同時(shí)也是量值溯源的要求。通過合理建立坐標(biāo)系，設(shè)計(jì)確定校準(zhǔn)的空間理論位置，制定校準(zhǔn)路徑，實(shí)現(xiàn)空間五軸綜合誤差校準(zhǔn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，具體步驟如下:
[0008]I)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差校準(zhǔn)設(shè)計(jì)
[0009]在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上建立一個(gè)可隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的工件坐標(biāo)系，對(duì)于一臺(tái)理想的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，轉(zhuǎn)臺(tái)上任一點(diǎn)在轉(zhuǎn)至空間任意位置時(shí)，對(duì)工件坐標(biāo)系來說都是不變的；若該點(diǎn)因空間位置改變而對(duì)其工件坐標(biāo)系發(fā)生變化，說明該點(diǎn)偏離了工件坐標(biāo)系，這是五個(gè)軸綜合誤差作用的結(jié)果，五軸分別為:x軸、Y軸、Z軸三個(gè)線性坐標(biāo)軸和轉(zhuǎn)臺(tái)上兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)軸:水平轉(zhuǎn)軸和傾斜轉(zhuǎn)軸；校準(zhǔn)方案的設(shè)計(jì)是通過測(cè)量安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上的檢測(cè)球心坐標(biāo)值的變化，來評(píng)價(jià)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度的校準(zhǔn)結(jié)果；
[0010]在轉(zhuǎn)臺(tái)上的檢測(cè)球位置誤差方向是由徑向、切向和軸向確定的，校準(zhǔn)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)上處于空間各理想位置的檢測(cè)球進(jìn)行一系列測(cè)量，分別得到實(shí)際檢測(cè)球與各理想位置在三個(gè)方向上的誤差，并分別計(jì)算出徑向誤差FR、切向誤差FT和軸向誤差FA的最大變化范圍，以此來判定該測(cè)量設(shè)備是否符合規(guī)定的最大允許誤差值；
[0011]2)校準(zhǔn)裝置的建立
[0012]采用形狀經(jīng)校準(zhǔn)的兩標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球，將檢測(cè)球?qū)桨惭b在轉(zhuǎn)臺(tái)半徑處，盡量靠近轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜轉(zhuǎn)軸的上方，高度差為Δ h ;校準(zhǔn)時(shí)，用高球和低球分別進(jìn)行校準(zhǔn)，以誤差最大的檢測(cè)值作為校準(zhǔn)結(jié)果；
[0013]3)坐標(biāo)系的建立
[0014]在轉(zhuǎn)臺(tái)上建立一個(gè)直角工件坐標(biāo)系，滿足下列條件:
[0015](I)檢測(cè)球心坐標(biāo)定義為原點(diǎn)；
[0016](2)基準(zhǔn)軸Z軸平行于水平轉(zhuǎn)軸的軸線，定義為軸向；
[0017](3)第2軸X軸平行于傾斜轉(zhuǎn)軸的軸線，定義為徑向；
[0018](4)第3軸Y軸由Z軸和X軸確定并產(chǎn)生，定義為切向；
[0019]4)空間校準(zhǔn)點(diǎn)的理論位置
[0020]當(dāng)傾斜轉(zhuǎn)軸分別處于O °、30°、60°、90°位置，水平轉(zhuǎn)軸位置同時(shí)在O °~360°內(nèi)間隔為30°的各理論位置；
[0021]5)校準(zhǔn)過程
[0022]a)在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件上建立理論位置點(diǎn):按建立的理論位置分別建立坐標(biāo)系，以各個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)代替理論位置，以理論位置的徑向、切向和軸向確定三個(gè)坐標(biāo)軸方向；
[0023]b)在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球心坐標(biāo)位置進(jìn)行實(shí)際檢測(cè):
[0024]按上述建立各點(diǎn)坐標(biāo)系即理論位置，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球所處的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算理想位置與實(shí)測(cè)位置的坐標(biāo)差值，如果轉(zhuǎn)臺(tái)和坐標(biāo)軸沒有誤差即處于理想狀態(tài)，各點(diǎn)實(shí)際位置坐標(biāo)差值應(yīng)為零；若各點(diǎn)坐標(biāo)差值不為零，則分別以三個(gè)方向上的最大最小差值作為五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差，即徑向誤差、切向誤差和軸向誤差；
[0025]對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶋H位置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，工作轉(zhuǎn)臺(tái)所處位置:傾斜角分別處于0°、30°、60°、90°位置時(shí)，水平轉(zhuǎn)角處于0°~360°內(nèi)間隔為30°的各角度位置；計(jì)算所有檢測(cè)球中心的徑向誤差、切向誤差和軸向誤差的峰-峰值，作為三個(gè)方向上的五軸綜合誤差。
[0026]所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)分別在檢測(cè)球處于高低兩對(duì)徑位置上進(jìn)行。
[0027]所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，高度差Λ h分別為100mm、200mm、400mm、400mm.800mm 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)半徑 r 分別為 100mm、200mm、200mm、400mm、400mm。
[0028]所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，在轉(zhuǎn)臺(tái)傾角為0°時(shí)，建立Otl坐標(biāo)系，X、Z軸分別平行于轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜轉(zhuǎn)軸和水平轉(zhuǎn)軸；以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸將Otl坐標(biāo)系轉(zhuǎn)30°，建立新坐標(biāo)系為O1 ;再以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸將O1坐標(biāo)系轉(zhuǎn)30°，建立新坐標(biāo)系為O2 ;以同樣的方法建立新坐標(biāo)系03、04......011,各新建坐標(biāo)系原點(diǎn)即為理論位置；
[0029]在轉(zhuǎn)臺(tái)傾角為30°時(shí)，先以傾斜轉(zhuǎn)軸為軸將水平轉(zhuǎn)軸和Otl坐標(biāo)系同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)30°，建立0/坐標(biāo)系，再以水平轉(zhuǎn)軸為軸轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系30°，建立新坐標(biāo)系為0/ ;傾斜轉(zhuǎn)軸不動(dòng)，再以水平轉(zhuǎn)軸為軸轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系30°，建立新坐標(biāo)系為O2'，以同樣的方法建立新坐標(biāo)系O3'、0/......01/，各新建坐標(biāo)系原點(diǎn)即為理論位置；
[0030]以相同的方法再分別建立轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜角為60°、90°時(shí)的各空間理論位置及坐標(biāo)系O
[0031]所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)過程具體如下:
[0032]a)使轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸即水平轉(zhuǎn)軸和傾斜轉(zhuǎn)軸處于零位，以轉(zhuǎn)臺(tái)上標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球的球心建立坐標(biāo)系原點(diǎn)；按水平轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，每轉(zhuǎn)30°角位對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球進(jìn)行檢測(cè)，從整個(gè)圓周測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球中心坐標(biāo)值確定出水平轉(zhuǎn)軸的矢量方向，并建立坐標(biāo)系Z軸；按傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，以同樣的方法確定出傾斜轉(zhuǎn)軸的矢量方向，建立坐標(biāo)系X軸；從而完成整個(gè)坐標(biāo)系的建立；
[0033]b)當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)傾角處于0°時(shí)，在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件上進(jìn)行設(shè)置，以水平轉(zhuǎn)軸為軸線旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系至水平各轉(zhuǎn)角位置12個(gè)角位置，建立各理論位置的新坐標(biāo)系I?12 ;然后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球轉(zhuǎn)至理論位置時(shí)，用五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，在相應(yīng)的新坐標(biāo)系下測(cè)得的坐標(biāo)值即為綜合精度校準(zhǔn)值，分為徑向誤差、切向誤差、軸向誤差；
[0034]c)當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)傾角處于30°時(shí)，在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件上進(jìn)行設(shè)置時(shí)，先以傾斜轉(zhuǎn)軸為軸線，傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)30°，在以水平轉(zhuǎn)軸為軸線旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系至水平各轉(zhuǎn)角位置12個(gè)角位置，建立各理論位置的新坐標(biāo)系I?12 ;然后，按理論位置轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，并用五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，在相應(yīng)的新坐標(biāo)系下測(cè)得的坐標(biāo)值即為綜合精度校準(zhǔn)值，分為徑向誤差、切向誤差、軸向誤差；
[0035]d)以相同的方法再分別校準(zhǔn)傾斜角為60°、90°位置時(shí)，并按記錄各點(diǎn)的徑向誤
差、切向誤差、軸向誤差；
[0036]按上述校準(zhǔn)過程在檢測(cè)球處于高位和低位分別進(jìn)行一次，在所有綜合精度校準(zhǔn)值中最大徑向誤差、最大切向誤差和最大軸向誤差為最后檢測(cè)結(jié)果。
[0037]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0038]1、本發(fā)明主要是依據(jù)JJF1064—2010坐標(biāo)測(cè)量機(jī)國(guó)家校準(zhǔn)規(guī)范,在四軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制設(shè)計(jì)了五軸(兩個(gè)轉(zhuǎn)軸、三個(gè)坐標(biāo)軸)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)的方案和步驟，設(shè)計(jì)建立適宜的坐標(biāo)系、校準(zhǔn)方案和校準(zhǔn)路徑，通過確定標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球的球心在測(cè)量空間內(nèi)的各種理論位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各理論位置的實(shí)際檢測(cè)，并通過理論值與實(shí)測(cè)值的比對(duì)得出五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差值，滿足校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)方式一致的要求。
[0039]2、本發(fā)明開展該校準(zhǔn)項(xiàng)目，可以滿足校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)方式一致的要求，正確分析五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)零件檢測(cè)精度的影響和量值溯源的要求，對(duì)保證復(fù)雜零件的檢測(cè)質(zhì)量具有重要意義。
[0040]3、目前的校準(zhǔn)現(xiàn)狀只是對(duì)轉(zhuǎn)軸精度和坐標(biāo)軸精度分別進(jìn)行校準(zhǔn)，無法給出五軸綜合誤差的結(jié)果。隨著生產(chǎn)科研和計(jì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，五軸加工和測(cè)量設(shè)備越來越多，并在生產(chǎn)加工和計(jì)量檢測(cè)技術(shù)中發(fā)揮重要的作用，準(zhǔn)確掌握多軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差是急需解決的一項(xiàng)技術(shù)問題。因此，五軸綜合精度校準(zhǔn)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0041]4、經(jīng)驗(yàn)證及測(cè)量不確定度分析，本發(fā)明校準(zhǔn)方法可以滿足預(yù)期的校準(zhǔn)要求。該校準(zhǔn)方法是通過坐標(biāo)系變換產(chǎn)生理論位置，并經(jīng)過與實(shí)測(cè)值比對(duì)的方法完成，現(xiàn)已完成了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際校準(zhǔn)工作，滿足校準(zhǔn)要求。目前，由于五軸測(cè)量設(shè)備越來越多，對(duì)其綜合誤差校準(zhǔn)是一項(xiàng)急需開展的工作，因此開展五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合精度校準(zhǔn)應(yīng)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
[0042]總之，本發(fā)明主要是在四軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制設(shè)計(jì)了五軸(兩個(gè)轉(zhuǎn)軸、三個(gè)坐標(biāo)軸)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)的方案和步驟，通過理論值與實(shí)測(cè)值的比對(duì)得出五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差值，滿足校準(zhǔn)方式與實(shí)際檢測(cè)方式狀態(tài)一致的要求，同時(shí)也能滿足量值溯源要求，完善坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范，填補(bǔ)無法校準(zhǔn)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度的空白。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1為五軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)示意圖。圖中，I測(cè)量機(jī)測(cè)頭；3轉(zhuǎn)臺(tái)；6工作臺(tái)。
[0044]圖2為誤差方向不意圖。圖中，A—徑向誤差；B—切向誤差；C一軸向誤差。
[0045]圖3為五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)示意圖。圖中，2檢測(cè)球(高位)；7檢測(cè)球(低位)。
[0046]圖4為傾斜轉(zhuǎn)軸的傾角為0°時(shí)校準(zhǔn)過程示意圖。圖中，I測(cè)量機(jī)測(cè)頭；2檢測(cè)球；3轉(zhuǎn)臺(tái)；4水平轉(zhuǎn)動(dòng)方向；5傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
[0047]圖5為傾斜轉(zhuǎn)軸的傾角為30°時(shí)校準(zhǔn)過程示意圖。
[0048]圖6為傾斜轉(zhuǎn)軸的傾角為60°時(shí)校準(zhǔn)過程示意圖。
[0049]圖7為傾斜轉(zhuǎn)軸的傾角為90°時(shí)校準(zhǔn)過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]本發(fā)明五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，具體如下:
[0051]I)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差校準(zhǔn)原理
[0052]如圖1所示，被校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備為五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要由三個(gè)線性坐標(biāo)軸(X軸、Y軸、Z軸)、測(cè)量機(jī)測(cè)頭1、兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)3 (水平轉(zhuǎn)軸、傾斜轉(zhuǎn)軸)及工作臺(tái)6等構(gòu)成，測(cè)量機(jī)測(cè)頭I可以沿三個(gè)線性坐標(biāo)軸(X軸、Y軸、Z軸)線性移動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)3設(shè)置于工作臺(tái)6上形成旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)3可以沿水平轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以沿傾斜轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0053]如圖2所示，五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度校準(zhǔn)參數(shù)為徑向誤差A(yù)、切向誤差B、軸向誤差C0
[0054]如圖3所示,在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上建立一個(gè)工件坐標(biāo)系(隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng))，對(duì)于一臺(tái)理想的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，在工作轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行水平和傾斜旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)上任意一點(diǎn)的位置對(duì)工件理想坐標(biāo)系應(yīng)保持不變。當(dāng)某點(diǎn)因空間位置改變而對(duì)其工件理想坐標(biāo)系發(fā)生變化時(shí)，說明該點(diǎn)偏離了工件坐標(biāo)系，這是五個(gè)軸綜合誤差作用的結(jié)果，五軸分別為:三個(gè)線性坐標(biāo)軸(X軸、Y軸、Z軸)和轉(zhuǎn)臺(tái)上兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)軸:水平轉(zhuǎn)軸、傾斜轉(zhuǎn)軸。因此，可以通過測(cè)量安裝在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的檢測(cè)球(高位)2或檢測(cè)球(低位)7位置的坐標(biāo)變化，來評(píng)價(jià)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度的校準(zhǔn)結(jié)果。
[0055]基于上述原理，安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)球中心可由徑向、切向和軸向三個(gè)方向確定，校準(zhǔn)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)上處于空間各理想位置的檢測(cè)球進(jìn)行一系列測(cè)量，分別得到實(shí)際檢測(cè)球與各理想位置在三個(gè)方向的誤差，并分別計(jì)算出徑向誤差FR、切向誤差FT和軸向誤差FA的最大范圍，以此來判定該測(cè)量設(shè)備是否符合規(guī)定的最大允許誤差值。校準(zhǔn)時(shí)，檢測(cè)球位置可在高低兩對(duì)徑位置上分別獨(dú)立進(jìn)行，兩檢測(cè)球安裝位置見圖3中的檢測(cè)球(高位)2和檢測(cè)球(低位)7。
[0056]2)校準(zhǔn)裝置的建立
[0057]校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)檢具是檢測(cè)球(高位)2和檢測(cè)球(低位)7，采用形狀經(jīng)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)球。
[0058]將檢測(cè)球安裝在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上半徑 處，盡量靠近工作臺(tái)表面且在傾斜轉(zhuǎn)軸上方，檢測(cè)球(高位)2和檢測(cè)球(低位)7的高度差為Λ h，檢測(cè)球在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的位置如表I。檢測(cè)球的安裝必須足夠牢固，以避免晃動(dòng)或彎曲變形引起的誤差，見圖3。
[0059]表1
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差校準(zhǔn)設(shè)計(jì) 在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上建立一個(gè)可隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的工件坐標(biāo)系，對(duì)于一臺(tái)理想的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，轉(zhuǎn)臺(tái)上任一點(diǎn)在轉(zhuǎn)至空間任意位置時(shí)，對(duì)工件坐標(biāo)系來說都是不變的；若該點(diǎn)因空間位置改變而對(duì)其工件坐標(biāo)系發(fā)生變化，說明該點(diǎn)偏離了工件坐標(biāo)系，這是五個(gè)軸綜合誤差作用的結(jié)果，五軸分別為:x軸、Y軸、Z軸三個(gè)線性坐標(biāo)軸和轉(zhuǎn)臺(tái)上兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)軸:水平轉(zhuǎn)軸和傾斜轉(zhuǎn)軸；校準(zhǔn)方案的設(shè)計(jì)是通過測(cè)量安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上的檢測(cè)球心坐標(biāo)值的變化，來評(píng)價(jià)五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合精度的校準(zhǔn)結(jié)果； 在轉(zhuǎn)臺(tái)上的檢測(cè)球位置誤差方向是由徑向、切向和軸向確定的，校準(zhǔn)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)上處于空間各理想位置的檢測(cè)球進(jìn)行一系列測(cè)量，分別得到實(shí)際檢測(cè)球與各理想位置在三個(gè)方向上的誤差，并分別計(jì)算出徑向誤差FR、切向誤差FT和軸向誤差FA的最大變化范圍，以此來判定該測(cè)量設(shè)備是否符合規(guī)定的最大允許誤差值； 2)校準(zhǔn)裝置的建立 采用形狀經(jīng)校準(zhǔn)的兩標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球，將檢測(cè)球?qū)桨惭b在轉(zhuǎn)臺(tái)半徑r處，盡量靠近轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜轉(zhuǎn)軸的上方，高度差為Ah ;校準(zhǔn)時(shí)，用高球和低球分別進(jìn)行校準(zhǔn)，以誤差最大的檢測(cè)值作為校準(zhǔn)結(jié)果； 3)坐標(biāo)系 的建立 在轉(zhuǎn)臺(tái)上建立一個(gè)直角工件坐標(biāo)系，滿足下列條件: (1)檢測(cè)球心坐標(biāo)定義為原點(diǎn)； (2)基準(zhǔn)軸Z軸平行于水平轉(zhuǎn)軸的軸線，定義為軸向； (3)第2軸X軸平行于傾斜轉(zhuǎn)軸的軸線，定義為徑向； (4)第3軸Y軸由Z軸和X軸確定并產(chǎn)生，定義為切向； 4)空間校準(zhǔn)點(diǎn)的理論位置 當(dāng)傾斜轉(zhuǎn)軸分別處于0°、30°、60°、90°位置，水平轉(zhuǎn)軸位置同時(shí)在0°~360°內(nèi)間隔為30°的各理論位置； 5)校準(zhǔn)過程 a)在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件上建立理論位置點(diǎn):按建立的理論位置分別建立坐標(biāo)系，以各個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)代替理論位置，以理論位置的徑向、切向和軸向確定三個(gè)坐標(biāo)軸方向； b)在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球心坐標(biāo)位置進(jìn)行實(shí)際檢測(cè): 按上述建立各點(diǎn)坐標(biāo)系即理論位置，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球所處的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算理想位置與實(shí)測(cè)位置的坐標(biāo)差值，如果轉(zhuǎn)臺(tái)和坐標(biāo)軸沒有誤差即處于理想狀態(tài)，各點(diǎn)實(shí)際位置坐標(biāo)差值應(yīng)為零；若各點(diǎn)坐標(biāo)差值不為零，則分別以三個(gè)方向上的最大最小差值作為五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差，即徑向誤差、切向誤差和軸向誤差； 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶋H位置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，工作轉(zhuǎn)臺(tái)所處位置:傾斜角分別處于0°、30°、60°、90°位置時(shí)，水平轉(zhuǎn)角處于0°~360°內(nèi)間隔為30°的各角度位置；計(jì)算所有檢測(cè)球中心的徑向誤差、切向誤差和軸向誤差的峰-峰值，作為三個(gè)方向上的五軸綜合誤差。
2.按照權(quán)利要求1所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，其特征在于，校準(zhǔn)分別在檢測(cè)球處于高低兩對(duì)徑位置上進(jìn)行。
3.按照權(quán)利要求2所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，其特征在于，高度差Λh分別為 100mm、200mm、400mm、400mm、800mm 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)半徑 r 分別為 100mm、200mm、200mm、400mm、400mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)臺(tái)傾角為O。時(shí)，建立Otl坐標(biāo)系，X、Z軸分別平行于轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜轉(zhuǎn)軸和水平轉(zhuǎn)軸；以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸將O。坐標(biāo)系轉(zhuǎn)30°，建立新坐標(biāo)系為O1;再以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸將O1坐標(biāo)系轉(zhuǎn)30°，建立新坐標(biāo)系為O2 ;以同樣的方法建立新坐標(biāo)系03、O4......011,各新建坐標(biāo)系原點(diǎn)即為理論位置； 在轉(zhuǎn)臺(tái)傾角為30°時(shí)，先以傾斜轉(zhuǎn)軸為軸將水平轉(zhuǎn)軸和Otl坐標(biāo)系同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)30°，建立O0'坐標(biāo)系，再以水平轉(zhuǎn)軸為軸轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系30°，建立新坐標(biāo)系為0/ ;傾斜轉(zhuǎn)軸不動(dòng)，再以水平轉(zhuǎn)軸為軸轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系30°，建立新坐標(biāo)系為O2'，以同樣的方法建立新坐標(biāo)系O3'、0/......01/，各新建坐標(biāo)系原點(diǎn)即為理論位置； 以相同的方法再分別建立轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜角為60°、90°時(shí)的各空間理論位置及坐標(biāo)系。
5.按照權(quán)利要求1所述的五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合誤差校準(zhǔn)方法，其特征在于，校準(zhǔn)過程具體如下: a)使轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸即水平轉(zhuǎn)軸和傾斜轉(zhuǎn)軸處于零位，以轉(zhuǎn)臺(tái)上標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球的球心建立坐標(biāo)系原點(diǎn)；按水平轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，每轉(zhuǎn)30°角位對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球進(jìn)行檢測(cè)，從整個(gè)圓周測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球中心坐標(biāo)值確定出水平轉(zhuǎn)軸的矢量方向，并建立坐標(biāo)系Z軸；按傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，以同樣的方法確定出傾斜轉(zhuǎn)軸的矢量方向，建立坐標(biāo)系X軸；從而完成整個(gè)坐標(biāo)系的建立； b)當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)傾角處于0°時(shí)，在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件上進(jìn)行設(shè)置，以水平轉(zhuǎn)軸為軸線旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系至水平各轉(zhuǎn)角位置12個(gè)角位置，建立各理論位置的新坐標(biāo)系I~12 ;然后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)球轉(zhuǎn)至理論位置時(shí)，用五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，在相應(yīng)的新坐標(biāo)系下測(cè)得的坐標(biāo)值即為綜合精度校準(zhǔn)值，分為徑向誤差、切向誤差、軸向誤差； c)當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)傾角處于30°時(shí)，在五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件上進(jìn)行設(shè)置時(shí)，先以傾斜轉(zhuǎn)軸為軸線，傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)30°，在以水平轉(zhuǎn)軸為軸線旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系至水平各轉(zhuǎn)角位置12個(gè)角位置，建立各理論位置的新坐標(biāo)系I~12 ;然后，按理論位置轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，并用五坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，在相應(yīng)的新坐標(biāo)系下測(cè)得的坐標(biāo)值即為綜合精度校準(zhǔn)值，分為徑向誤差、切向誤差、軸向誤差； d)以相同的方法再分別校準(zhǔn)傾斜角為60°、90°位置時(shí)，并按記錄各點(diǎn)的徑向誤差、切向誤差、軸向誤差； 按上述校準(zhǔn)過程在檢測(cè)球處于高位和低位分別進(jìn)行一次，在所有綜合精度校準(zhǔn)值中最大徑向誤差、最大切向誤差和最大軸向誤差為最后檢測(cè)結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G01B21/00GK103591913SQ201310579454
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】王東, 張露, 王呈, 王玉 申請(qǐng)人:沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司