CN104483891A - 一种提高机床空间运动精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高机床空间运动精度的方法，其将框架式测量规作为精度传递的基准，其上面的标准球的相对位置精度在使用之前经过精确标定，使用时将框架式测量规放入机床的运动空间中，通过安装在机床主轴中心点的在线测头，利用机床的坐标系通过对所述框架式测量规上的具有一定相互关系的标准球的位置进行测量，得出标准球的中心点的在机床坐标系中新的相互位置关系，通过坐标转换，比较标定的位置和机床坐标系测量的位置之间的差值，并经过数控系统补偿，提高机床的空间运动精度。

Description

一种提高机床空间运动精度的方法

【技术领域】

本发明涉及一种精密机床设备技术领域，具体涉及一种提高机床空间运动精度的方法。

【背景技术】

目前机床设备领域对于提高机床空间运动精度的方法主要有以下两种：

一种是通过提高机床的制造技术，通过提高各个运动轴的几何精度和定位精度进而提高机床整体空间的运动精度，但这种方法不确定性比较大，对于制造的成本的影响比较大。

另一种是通过激光跟踪仪利用GPS原理测量机床的空间精度，然后通过补偿的办法提高机床的精度。但该方法要使用比较昂贵的激光测量仪器，成本和时间花费都比较大。

因此，针对机床空间误差的提高方法，如何通过更加简便实用的方法，成为要解决的问题。

【发明内容】

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种结构简便、成本低、易操作的提高机床空间运动精度的方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现的，包括以下步骤：

步骤1：提供一机床、一框架式测量规、以及一数控补偿系统；所述机床具有一运动空间及垂直于所述运动空间的测臂，所述测臂上安装有在线测头，所述机床的坐标为水平运动轴X、水平运动轴Y、垂直运动轴Z，所述在线测头在所述垂直运动轴Z上；所述框架式测量规由若干标准球及固定所述标准球的结构支架构成；

步骤2：对所述框架式测量规上的所述标准球的相对位置进行标定，标定时，将所述框架式测量规底部平面不在一条直线相对位置比较远的标准球O、标准球A和标准球B构成的平面作为参考平面，其中所述标准球O的中心作为原点建立坐标系，然后得出其余所有球相对于基准平面和原点所在坐标系中的位置关系；

步骤3：将所述框架式测量规放置在所述机床的所述运动空间，调整所述框架式测量规的位置，使其原点置于所述机床相对应的坐标位置附近；

步骤4：利用所述机床主轴上安装的所述在线测头，对所述标准球O中心所在的所述机床坐标设置为所述机床运动的参考原点，并对其余每一个标准球的中心点的位置进行测量，得出各个标准球中心点的空间坐标；

步骤5通过矢量坐标的转换，计算所述运动空间的各个所述标准球中心的坐标位置；

步骤6：将测量所得到的各个所述标准球中心点的位置，与坐标变换和计算后所述框架式测量规上所述标准球中心点的位置进行对比，并对位置误差进行比较，所述数控系统对差值进行补偿。

进一步地，步骤1：所述在线测头是一个检测元件，通过一定形状的触点，对所述框架式测量规上的所述标准球的位置进行测量。

进一步地，步骤1中：所述结构支架采用热膨胀系数极低的材料制成，保证所述标准球在框架的位置相对固定，并不易受到外部的影响。

进一步地，步骤1中：所述数控补偿系统用来将所述在线测头对所述标准球测量采集的信号进行计算，并转换成所述机床坐标系中所述标准球中心点的位置。

进一步地，步骤2中：标定的方法可以使用高精度的三坐标测量机或其它更高精度的仪器设备。

进一步地，步骤6中，经过坐标变换后，所述标准球在所述机床坐标系中的实际位置是M点，而在所述机床坐标系中测量到的该点的位置坐标是M’，根据误差矢量ΔE，得到机床坐标空间内对应的三个运动轴的矢量差ΔX、ΔY、ΔZ

本发明的有益效果是：本发明与现有的利用激光测量空间误差的方法完全不同，采用框架式测量规可以不受气流等环境因素的影响；采用所述框架式测量规作为精度测量的基准，将其上面固定的所述标准球作为测量的特征点，通过多个不同特征点的误差对比，对所述机床的运动空间的误差进行补偿，进而提高机床的空间运动坐标精度。

为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例与附图作详细说明。

【附图说明】

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明框架式测量规的结构示意图；

图3为本发明标准球实际位置与在线测量位置关系图。

具体实施方式的附图标号说明：

机床1	测臂11	在线测头12
			水平运动轴X	水平运动轴Y	垂直运动轴Z
框架式测量规2	标准球21	结构支架22
			数控补偿系统3

【具体实施方式】

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明一种提高机床空间运动精度的方法。

请参阅图1至图3，为本发明一种提高机床1空间运动精度的方法的具体实施例，其包括以下步骤：

步骤1：

提供一机床1、一框架式测量规2、以及一数控补偿系统3；

所述机床1设有垂直于所述机床1运动空间的测臂11，所述测臂11上安装有对所述框架式测量规2中所述标准球21位置进行测量的在线测头12；

所述在线测头12是一个检测元件，通过一定形状的触点，对所述框架式测量规2上的所述标准球21的位置进行测量；

所述机床1的坐标为水平运动轴X、水平运动轴Y、垂直运动轴Z，所述在线测头12在所述垂直运动轴Z上；

所述框架式测量规2是一个专门制造的作为精度测量的基准用于测量空间误差的规，所述框架式测量规2内部的框架上安装着呈一定分布形式的若干标准球21，各个所述标准球21之间通过刚性结构支架22联结，所述结构支架22采用热膨胀系数极低的材料制成，保证所述标准球21在框架的位置相对固定，并不易受到外部的影响；

所述数控补偿系统3用来将所述在线测头12对所述标准球21测量采集的信号进行计算，并转换成所述机床1坐标系中所述标准球21中心点的位置；

步骤2：

对所述框架式测量规2上的所述标准球21的相对位置进行标定，标定的方法可以使用高精度的三坐标测量机或其它更高精度的仪器设备；

标定时，将所述框架式测量规2底部平面不在一条直线相对位置比较远的标准球21O、标准球21A和标准球21B构成（通常是直角三角形）的平面作为参考平面，其中所述标准球21O的中心作为原点建立坐标系，然后得出其余所有球相对于基准平面和原点所在坐标系中的位置关系；

步骤3：

将所述框架式测量规2放置在所述机床1需要测量的运动空间，调整所述框架式测量规2的位置，使其中心点置于所述机床1相对应的坐标位置附近；

步骤4：

利用所述机床1主轴测量臂上安装的所述在线测头12，对所述标准球21O所在的所述机床1坐标设置为所述机床1运动的参考原点，并对其余每一个标准球21的中心点的位置进行测量，得出各个标准球21中心点的空间坐标；

步骤5：

通过矢量坐标的转换，计算所述运动空间的各个所述标准球21中心的坐标位置；

步骤6：

将测量所得到的各个所述标准球21中心点的位置，与坐标变换和计算后所述框架式测量规2上所述标准球21中心点的位置进行对比，并对位置误差进行比较。经过坐标变换后，所述标准球21在所述机床1坐标系中的实际位置是M点，而在所述机床1坐标系中测量到的该点的位置坐标是M’，根据误差矢量ΔE，得到机床1坐标空间内对应的三个运动轴的矢量差ΔX、ΔY、ΔZ；

步骤7：

最后对各个轴的误差矢量分别进行补偿。

综上所述，本发明采用所述框架式测量规作为精度测量的基准，将其上面固定的所述标准球作为测量的特征点，通过多个不同特征点的误差对比，对所述机床的运动空间的误差进行补偿，进而提高机床的空间运动坐标精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (6)

1.一种提高机床空间运动精度的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：提供一机床、一框架式测量规、以及一数控补偿系统；所述机床具有一运动空间及垂直于所述运动空间的测臂，所述测臂上安装有在线测头，所述机床的坐标为水平运动轴X、水平运动轴Y、垂直运动轴Z，所述在线测头在所述垂直运动轴Z上；所述框架式测量规由若干标准球及固定所述标准球的结构支架构成；

步骤2：对所述框架式测量规上的所述标准球的相对位置进行标定，标定时，将所述框架式测量规底部平面不在一条直线相对位置比较远的标准球O、标准球A和标准球B构成的平面作为参考平面，其中所述标准球O的中心作为原点建立坐标系，然后得出其余所有球相对于基准平面和原点所在坐标系中的位置关系；

步骤3：将所述框架式测量规放置在所述机床的所述运动空间，调整所述框架式测量规的位置，使其原点置于所述机床相对应的坐标位置附近；

步骤4：利用所述机床主轴测量臂上安装的所述在线测头，对所述标准球O所在的所述机床坐标设置为所述机床运动的参考原点，并对其余每一个标准球的中心点的位置进行测量，得出各个标准球中心点的空间坐标；

步骤5通过矢量坐标的转换，计算所述运动空间的各个所述标准球中心的坐标位置；

步骤6：将测量所得到的各个所述标准球中心点的位置，与坐标变换和计算后所述框架式测量规上所述标准球中心点的位置进行对比，并对位置误差进行比较，所述数控系统对差值进行补偿。

2.如权利要求1所述的一种提高机床空间运动精度的方法，其特征在于：步骤1中：所述在线测头是一个检测元件，通过一定形状的触点，对所述框架式测量规上的所述标准球的位置进行测量。

3.如权利要求1所述的一种提高机床空间运动精度的方法，其特征在于：步骤1中：所述结构支架采用热膨胀系数极低的材料制成，保证所述标准球在框架的位置相对固定，并不易受到外部的影响。

4.如权利要求1所述的一种提高机床空间运动精度的方法，其特征在于：步骤1中：所述数控补偿系统用来将所述在线测头对所述标准球测量采集的信号进行计算，并转换成所述机床坐标系中所述标准球中心点的位置。

5.如权利要求1所述的一种提高机床空间运动精度的方法，其特征在于：步骤2中：标定的方法可以使用高精度的三坐标测量机或其它更高精度的仪器设备。

6.如权利要求1所述的一种提高机床空间运动精度的方法，其特征在于：步骤6中，经过坐标变换后，所述标准球在所述机床坐标系中的实际位置是M点，而在所述机床坐标系中测量到的该点的位置坐标是M’，根据误差矢量ΔE，得到机床坐标空间内对应的三个运动轴的矢量差ΔX、ΔY、ΔZ。