CN108115466B - 一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统。所述方法及系统只需测量PPP、NPP、PNP三条对角线方向上产生的误差值，即可计算得到影响刀尖相对工件误差的14项误差元素，大大提高了立式加工中心的综合几何运动误差值的检测速度。同时，本发明提供的几何运动误差检测方法及系统可分离获得体现18项几何运动误差元素的14项误差元素，因此最终获得的综合几何运动误差值是通过18项几何运动误差元素确定的，充分考虑了立式加工中心的X、Y、Z轴运动过程中产生的3项定位误差、6项直线度误差、6项角偏误差以及3项垂直度误差对立式加工中心综合几何运动误差值的影响，从而大大提高了立式加工中心综合几何运动误差值的计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及机械检测技术领域，特别是涉及一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统。
背景技术
立式加工中心的几何运动精度是评价其性能的一项重要指标，它直接影响工件的加工(或者检测)精度、使用寿命和生产成本。提高立式加工中心的几何运动精度是机械制造业的发展要求，而运动精度的高低是用运动误差的大小度量的，因此，运动误差的测量是数控装备制造维修中的关键技术。设备制造商可用立式加工中心的几何精度检测结果确定提高立式加工中心的精度设计是否有效。通过测量可以帮助他们优化影响立式加工中心精度的控制环工作参数。立式加工中心用户可用测量系统进行立式加工中心验收测试和周期测定。
立式加工中心通常包括三类误差：几何运动误差、热误差和切削力误差，其中几何误差为立式加工中心误差的主要部分。通常，立式加工中心的几何运动误差含有21项误差分量。立式加工中心各项误差的建模与辨识是立式加工中心误差检测的关键环节，模型的形式和辨识准确性直接影响误差检测的精确程度。机床常规检测和验收测试基本上只限于机床无负载时的几何结构，对立式加工中心只限于测量位置处的精度。对于立式加工中心而言，如何设计合适的快速测量方案，并从各项测量位置处所检误差中反求、辨识出影响立式加工中心几何误差的误差分量，是立式加工中心几何运动误差检测及误差溯源的关键所在。
传统逐项检测的方式需逐项检测各误差分量，测量过程极其耗时。现有基于激光干涉仪的分步体对角线测量方法虽然能够通过对空间误差的测量，实现对机床几何运动精度较快速度的检测，但是现有的分步体对角线测量技术中，只考虑了X导轨、Y导轨和Z导轨的定位误差、直线度误差和三根导轨之间的垂直度误差，误差检测的精度较低，并且检测速度仍有待提高。因此，如何提高机床几何运动误差的检测精度和检测速度，是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统，能够显著提高机床几何运动误差的检测精度和检测速度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种立式加工中心的几何运动误差检测方法，所述方法包括：
建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型；所述综合几何运动误差模型中包含18项几何运动误差元素；
根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型；所述误差求解模型中包含14项误差元素；
获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)；
根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组；
采用广义逆求解方法求解获得所述体对角线方程组中所述14项误差元素的值；
根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值。
可选的，所述建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型具体包括：
建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型，所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji；所述18项几何运动误差元素包括3项所述定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项所述直线度误差δi(j)，6项所述角偏误差εi(j)以及3项所述垂直度误差Sij。
可选的，所述根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型具体包括：
根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型，所述误差求解模型为：
其中，Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)；所述14项误差元素为Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。
可选的，所述根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组，具体包括：
根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组：
Tm＝b；
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T；
其中，Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值；ΔRppp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差值；ΔRnpp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差值；ΔRpnp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差值。
可选的，所述根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值，具体包括：
将所述14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)的值代入所述误差求解模型{Δy(x,y,z)＝Ey(x)+Ey(y)+Ey(z)+zεx(x)+zεx(y)，计算得到所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差值Δx(x,y,z)、Δy(x,y,z)、Δz(x,y,z)。
本发明还公开了一种立式加工中心的几何运动误差检测系统，所述系统包括：
综合几何运动误差模型建立模块，用于建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型；所述综合几何运动误差模型中包含18项几何运动误差元素；
误差求解模型获取模块，用于根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型；所述误差求解模型中包含14项误差元素；
体对角线误差值获取模块，用于获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)；
体对角线方程组建立模块，用于根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组；
误差元素值计算模块，用于采用广义逆求解方法求解获得所述体对角线方程组中所述14项误差元素的值；
综合几何运动误差值计算模块，用于根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值。
可选的，所述综合几何运动误差模型建立模块具体包括：
综合几何运动误差模型建立单元，用于建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型，所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji；所述18项几何运动误差元素包括3项所述定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项所述直线度误差δi(j)，6项所述角偏误差εi(j)以及3项所述垂直度误差Sij。
可选的，所述误差求解模型获取模块具体包括：
误差求解模型获取单元，用于根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型，所述误差求解模型为：
其中，Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)；所述14项误差元素为Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。
可选的，所述体对角线方程组建立模块具体包括：
体对角线方程组建立单元，用于根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组：
Tm＝b；
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T；
其中，Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值；ΔRppp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差值；ΔRnpp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差值；ΔRpnp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差值。
可选的，所述综合几何运动误差值计算模块具体包括：
将所述14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)的值代入所述误差求解模型计算得到所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差值Δx(x,y,z)、Δy(x,y,z)、Δz(x,y,z)。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统，所述方法及系统不同于传统几何运动误差检测需要测量四条体对角线误差数据的方法，只需测量PPP、NPP、PNP三条对角线方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)，即可计算得到影响刀尖相对工件误差的所有14项误差元素，大大提高了立式加工中心的综合几何运动误差值的检测速度。同时，传统分步体对角线测量方法只能分离获得体现12项几何运动误差元素的9项误差元素，而本发明提供的几何运动误差检测方法及系统可分离获得体现18项几何运动误差元素的14项误差元素，因此最终获得的综合几何运动误差值是通过18项几何运动误差元素确定的，充分考虑了立式加工中心的X、Y、Z轴运动过程中产生的3项定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项直线度误差δi(j)，6项角偏误差εi(j)以及3项垂直度误差Sij对立式加工中心综合几何运动误差值的影响，从而大大提高了立式加工中心综合几何运动误差值的计算精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测方法的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的测量对象-立式加工机床的示意图；
图3为PPP方向分布体对角线检测路径的示意图；
图4为NPP方向分布体对角线检测路径的示意图；
图5为PNP方向分布体对角线检测路径的示意图；
图6为本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统，显著提高机床几何运动误差的检测精度和检测速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测方法的方法流程图。参见图1，本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测方法，具体包括：
步骤101：建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型。所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji。
所述综合几何运动误差模型中包含18项几何运动误差元素，分别为3项所述定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项所述直线度误差δi(j)，6项所述角偏误差εi(j)以及3项所述垂直度误差Sij。
步骤102：根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型。
为求解所述综合几何运动误差模型，合并所述综合几何运动误差模型中的部分几何运动误差项，具体为：令Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)；从而获得所述误差求解模型：
所述误差求解模型中包含14项误差元素，分别为Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。这14项误差元素综合体现了18项几何运动误差元素δx(x)、δy(y)、δz(z)，δi(j)，εi(j)和Sij。
步骤103：获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)。
分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差：
其中，ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)分别表示所述立式加工中心的三轴(X、Y、Z轴)在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值。Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，
本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测方法，是利用激光干涉仪按照指定检测路径对立式加工中心进行分步体对角线测量，获取所述立式加工中心的三轴(X轴、Y轴、Z轴)在X、Y、Z方向上分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)，再分离出X导轨、Y导轨和Z导轨的定位误差、直线度误差和三根导轨之间的垂直度误差，以及X导轨和Y导轨运动产生的角偏误差，共18项误差分量。
本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测方法的测量对象为立式加工中心。图2为本发明实施例提供的测量对象-立式加工机床的示意图。参见图2，立式加工机床的基本结构包括工作台201、工作台的X导轨202、工作台的Y导轨203、主轴204、工件和刀具。所述工件置于所述工作台201上，所述刀具安装在所述主轴204上。通过主轴、导轨和转动部件来实现刀具(刀尖)相对于工件的运动。立式加工机床的基本结构可以简化成三个相互垂直的坐标轴，工作台的X导轨202可以简化为X轴，工作台的Y导轨203可以简化为Y轴，主轴204可以简化为Z轴。
本发明的立式加工中心的几何运动误差检测方法采用的测量系统包括激光干涉仪和测试机。所述激光干涉仪包括单光束激光头、处理器、分步体对角线镜组、光学调整器、自动温度补偿传感器和磁座。所述测试机安装有测量软件。其中，所述激光干涉仪的处理器用于采集处理单光束激光头、自动温度补偿传感器的数据信号，并传送给测试机。安装了测量软件的测试机用于接收处理器的数据信号，处理后通过显示器与测试人员交互。所述分步体对角线镜组包括调整镜与平面靶镜，其中所述调整镜用于调节激光的射出方向；所述平面靶镜垂直于激光布置，用于将激光反射回所述激光干涉仪。通过对分步体对角线镜组的调节，调整激光往返方向，保障全行程数据均能有效采集。所述光学调整器安装在激光射出口处，用于聚光和减少光斑，提高测量精度。
将所述处理器分别与所述测试机、所述自动温度补偿传感器和所述激光头连接。将所述光学调整器和所述调整镜安装在所述激光头前端，用所述磁座将所述激光头固定在所述工作台上。将所述平面靶镜通过所述磁座固定在所述主轴上。调整激光束到待测对角线方向，调整所述平面靶镜垂直激光光束。移动所述激光头或所述平面靶镜，使得激光光束在整个对角线路径中皆可由平面靶镜反射。从而可以利用所述激光干涉仪，按照设定的体对角线检测路径，测量在三条体对角线方向的运动误差，得到PPP、NPP、PNP三条体对角线方向的测量数据。其中每条体对角线PPP、NPP、PNP中的三个字母依次表示X导轨、Y导轨和Z主轴的运动方向，其中P表示正方向运动，N表示负方向运动。
所述步骤103获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)，具体包括以下步骤：
①完成激光干涉仪在PPP体对角线方向的布置与对光。控制所述立式加工中心在X轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；在Y轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；在Z轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；重复X、Y、Z轴依次固定增量运动并测量采集，至X、Y、Z轴最大行程Xm、Ym和Zm；随后，在X轴方向进行一个等量负增量运动，进行数据测量及采集；在Y轴方向进行一个等量负增量运动，进行数据测量及采集；在Z轴方向进行一个等量负增量运动及采集，进行数据测量；重复X、Y、Z轴依次固定增量运动并测量采集，至返回原点；重复上述往返测量若干次，得到PPP体对角线方向的测量数据。所述激光干涉仪的处理器将所述PPP体对角线方向的测量数据传送给测试机，安装了测量软件的测试机处理所述PPP体对角线方向的测量数据后，得到所述立式加工中心的X轴、Y轴、Z轴在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差ΔRppp(x,y,z)。
②完成激光干涉仪在NPP体对角线方向的布置与对光。在X轴方向进行一个负增量运动，进行数据测量及采集；在Y轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；在Z轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；重复X、Y、Z轴依次固定增量运动并测量采集，至X、Y、Z轴最大行程Xm、Ym和Zm；随后，在X轴方向进行一个等量正增量运动，进行数据测量及采集；在Y轴方向进行一个等量负增量运动，进行数据测量及采集；在Z轴方向进行一个等量负增量运动及采集，进行数据测量；重复X、Y、Z轴依次固定增量运动并测量采集，至返回原点；重复上述往返测量若干次，得到NPP体对角线方向的测量数据。所述激光干涉仪的处理器将所述NPP体对角线方向的测量数据传送给测试机，安装了测量软件的测试机处理所述NPP体对角线方向的测量数据后，得到所述立式加工中心的X轴、Y轴、Z轴在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差ΔRnpp(x,y,z)。
③完成激光干涉仪在PNP体对角线方向的布置与对光。在x轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；在y轴方向进行一个负增量运动，进行数据测量及采集；在z轴方向进行一个正增量运动，进行数据测量及采集；重复X、Y、Z轴依次固定增量运动并测量采集，至X、Y、Z轴最大行程Xm、Ym和Zm；随后，在x轴方向进行一个等量负增量运动，进行数据测量及采集；在y轴方向进行一个等量正增量运动，进行数据测量及采集；在z轴方向进行一个等量负增量运动及采集，进行数据测量；重复X、Y、Z轴依次固定增量运动并测量采集，至返回原点；重复上述往返测量若干次，得到PNP体对角线方向的测量数据。所述激光干涉仪的处理器将所述PNP体对角线方向的测量数据传送给测试机，安装了测量软件的测试机处理所述PNP体对角线方向的测量数据后，得到所述立式加工中心的X轴、Y轴、Z轴在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差ΔRpnp(x,y,z)。
步骤104：根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组。
所述体对角线方程组为：
Tm＝b (4)
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T (6)
其中，Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值；ΔRppp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差值；ΔRnpp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴(X轴、Y轴、Z轴)分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差值；ΔRpnp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差值。
步骤105：采用广义逆求解方法求解获得所述体对角线方程组中所述14项误差元素的值。
对于奇异矩阵，存在一个唯一解T+，使：
其中，T+为T的Moore-Penrose广义逆矩阵。根据Moore-Penrose广义逆矩阵的性质，可得：
m＝T+b (9)
采用广义逆求解方法，根据已知量T和b求解出m，即求得了Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)，以及五项角偏误差εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。至此，综合体现了18项几何运动误差元素δx(x)、δy(y)、δz(z)、δi(j)、εi(j)、Sij的14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)均可求出。同时，也可以根据所述14项误差元素的值分离求解出所述18项几何运动误差元素的值。
分离求解定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)的过程为：
δx(x)＝-Ex(x) (10)
δy(y)＝-Ey(y) (11)
δz(z)＝Ez(z) (12)
分离求解垂直度误差Sij的过程为：
其中，y0表示测量空间内Y方向上的最小坐标位置；yn表示测量空间内Y方向上的最大坐标位置；z0表示测量空间内Z方向上的最小坐标位置；zn表示测量空间内Z方向上的最大坐标位置。
分离求解直线度误差δi(j)的过程为：
δx(y)＝-Ex(y)-yεz(y)+ySxy (16)
δx(z)＝Ex(z)+zSxz (17)
δy(x)＝-Ey(x)+xεz(x) (18)
δy(z)＝Ey(z)+zSyz (19)
δz(x)＝-Ez(x)+xεy(x) (20)
δz(y)＝-Ez(y)+yεx(y) (21)
其中，(x,y,z)表示测量点的坐标；即x表示测量点的X轴坐标值；y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值。
分离求解角偏误差εz(y)的过程为：
至此，共分离求解出三项定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，六项直线度误差δx(y)、δx(z)、δy(x)、δy(z)、δz(x)、δz(y)，三项垂直度误差Sxy、Sxz、Syz，以及六项角偏误差εx(x)、εy(x)、εz(x)、εy(y)、εx(y)、εz(y)，共计18项几何运动误差元素。
传统分步体对角线测量方法只能分离获得12项几何运动误差元素，而本发明提供的几何运动误差检测方法可分离获得以上18项几何运动误差元素，因此本发明提供的几何运动误差检测方法在预测立式加工中心的综合几何运动误差时，不仅考虑了X导轨、Y导轨和Z导轨的定位误差、直线度误差和三根导轨之间的垂直度误差，还考虑到了角偏误差对空间误差以及几何运动精度的影响，因此能够更准确的预测立式加工中心的综合几何运动误差，提高预测精度。
步骤106：根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值。
将所述14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)的值代入所述误差求解模型
即可计算得到所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差值Δx(x,y,z)、Δy(x,y,z)、Δz(x,y,z)。
可见，本发明提供的立式加工中心的几何运动误差检测方法，不同于传统几何运动误差检测需要测量四条体对角线误差数据的方法，只需测量PPP、NPP、PNP三条对角线方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)，即可计算得到影响刀尖相对工件误差的所有14项误差元素。也就是说，本发明提供的方法只需测量三个方向的误差，而原有的方法是测量四个方向，因此本发明提供的几何运动误差检测方法能够节省四分之一的测量时间，大大提高了立式加工中心的综合几何运动误差值的检测速度。同时，传统分步体对角线测量方法只能分离获得体现12项几何运动误差元素的9项误差元素，而本发明提供的几何运动误差检测方法可分离获得体现18项几何运动误差元素的14项误差元素，因此最终获得的综合几何运动误差值是通过18项几何运动误差元素确定的，充分考虑了立式加工中心的X、Y、Z轴运动过程中产生的3项定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项直线度误差δi(j)，6项角偏误差εi(j)以及3项垂直度误差Sij对立式加工中心综合几何运动误差值的影响，从而避免了因为忽略部分误差项导致的精度较低的缺陷，大大提高了立式加工中心综合几何运动误差值的计算精度。
下面以沈阳机床厂生产的VCM850E型立式加工机床为例，来介绍本发明所述的立式加工中心的几何运动误差检测方法。其中所述VCM850E型立式加工机床采用FANUC 0i数控系统。本实施中采用的激光干涉仪为光动MCV-5002，配有分步体对角线测量镜组。
本实施例提供的所述立式加工中心的几何运动误差检测方法，具体包括以下步骤：
第一步，利用激光干涉仪，按照检测路径，测量在三条体对角线方向的运动误差，得到PPP、NPP、PNP三条体对角线方向的测量数据。具体包括：
(1)清理机床，完成所有线组连接，并正确连接测试机。连接电源线并开启电源开关，等待预热完成。
(2)在测试机相应软件中，输入相关参数设置，包括：
设置X轴、Y轴、Z轴的起始位置和终止位置；
设置X轴方向最大测试距离Xm＝700mm；设置Y轴方向最大测试距离Ym＝400mm；设置Z轴方向最大测试距离Zm＝400mm；
测量过程中，X轴、Y轴、Z轴分别分为N段进行测量，本实施例中设置N＝20；
设置测量次数为3次；
设置测量点数，使机床在各测试点处，测量沿各待测对角线方向的定位误差。
设置进给速度F＝1000mm/min。
设置自动测量的目标窗口，触发暂停时间，速度阈值等。
(3)图3为PPP方向分布体对角线检测路径的示意图。在机床上编制沿X、Y、Z方向位移测量的G代码，沿着X、Y、Z方向的位移检测路径要求如图2所示。G代码使立式加工中心进行图3所示的如下运动：从X＝0、Y＝0、Z＝0处开始；在x轴方向进行+35mm正增量运动，停止5s；在y轴方向进行+20mm正增量运动，停止5s；在z轴方向进行+20mm正增量运动，停止5s；重复x、y、z轴依次固定增量+35mm、+20mm、+20mm运动并停止5s，至最大行程X＝700mm、Y＝400mm、Z＝400mm；随后，在x轴方向进行-35mm负增量运动，停止5s；在y轴方向进行-20mm负增量运动，停止5s；在z轴方向进行-20mm负增量运动及采集，停止5s；重复x、y、z轴依次固定增量-35mm、-20mm、-20mm运动并停止5s，至原点X＝0、Y＝0、Z＝0；重复上述往返测量3次。
(4)将激光头架设在机床XY平面平台合适位置，将分步体对角线测量反射镜架于主轴，通过对分步体对角线镜组的调节，完成激光干涉仪在PPP体对角线方向的布置与对光。
(5)开启测试软件，启动机床，测量完成后得到PPP体对角线方向的测量数据。所述激光干涉仪的处理器将所述PPP体对角线方向的测量数据传送给测试机，安装了测量软件的测试机处理所述PPP体对角线方向的测量数据后，得到所述立式加工中心的X轴、Y轴、Z轴在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差ΔRppp(x,y,z)。
(6)图4为NPP方向分布体对角线检测路径的示意图。在机床上编制沿X、Y、Z方向位移测量的G代码，沿着X、Y、Z方向的位移检测路径要求如图4所示。G代码使立式加工中心进行图4所示的如下运动：从X＝700mm、Y＝0、Z＝0处开始；在x轴方向进行-35mm负增量运动，停止5s；在y轴方向进行+20mm正增量运动，停止5s；在z轴方向进行+20mm正增量运动，停止5s；重复x、y、z轴依次固定增量-35mm、+20mm、+20mm运动并停止5s，至最大行程X＝0、Y＝400mm、Z＝400mm；随后，在x轴方向进行+35mm正增量运动，停止5s；在y轴方向进行-20mm负增量运动，停止5s；在z轴方向进行-20mm负增量运动及采集，停止5s；重复x、y、z轴依次固定增量+35mm、-20mm、-20mm运动并停止5s，至原点X＝700mm、Y＝0、Z＝0；重复上述往返测量3次。
(7)将激光头重新架设在机床XY平面平台合适位置，将分步体对角线测量反射镜架于主轴附近，完成激光干涉仪在NPP体对角线方向的布置与对光。
(8)开启测试软件，启动机床，测量完成后得到NPP体对角线方向的测量数据。所述激光干涉仪的处理器将所述NPP体对角线方向的测量数据传送给测试机，安装了测量软件的测试机处理所述NPP体对角线方向的测量数据后，得到所述立式加工中心的X轴、Y轴、Z轴在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差ΔRnpp(x,y,z)。
(9)图5为PNP方向分布体对角线检测路径的示意图。在机床上编制沿X、Y、Z方向位移测量的G代码，沿着X、Y、Z方向的位移检测路径要求如图5所示。G代码使立式加工中心进行图5所示的如下运动：从X＝0、Y＝400mm、Z＝0处开始；在x轴方向进行+35mm正增量运动，停止5s；在y轴方向进行-20mm负增量运动，停止5s；在z轴方向进行+20mm正增量运动，停止5s；重复x、y、z轴依次固定增量+35mm、-20mm、+20mm运动并停止5s，至最大行程X＝700mm、Y＝0、Z＝400mm；随后，在x轴方向进行-35mm负增量运动，停止5s；在y轴方向进行+20mm正增量运动，停止5s；在z轴方向进行-20mm负增量运动及采集，停止5s；重复x、y、z轴依次固定增量-35mm、+20mm、-20mm运动并停止5s，至原点X＝0、Y＝400mm、Z＝0；重复上述往返测量3次。
(10)将激光头重新架设在机床XY平面平台合适位置，将分步体对角线测量反射镜架于主轴附近，完成激光干涉仪在PNP体对角线方向的布置与对光。
(11)开启测试软件，启动机床，测量完成后得到PNP体对角线方向的测量数据。所述激光干涉仪的处理器将所述PNP体对角线方向的测量数据传送给测试机，安装了测量软件的测试机处理所述PNP体对角线方向的测量数据后，得到所述立式加工中心的X轴、Y轴、Z轴在X、Y、Z方向分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差ΔRpnp(x,y,z)。
(12)安全关闭机床，清理机床，并整理相关设备，完成测试。
第二步，建立基于分布体对角线测量法的误差模型。
建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型。所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji，可视为定值。
为求解所述综合几何运动误差模型，合并部分误差项，获得所述误差求解模型：
其中，Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)。
第三步，求解分离误差元素。
测量过程中，X、Y、Z轴分为20段进行测量。根据误差求解模型可知，误差求解模型中存在14项误差元素，视每个离散测量点为一个未知数。
用矩阵型式表示体对角线方程组：
Tm＝b (4)
其中，
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T (6)
对于奇异矩阵，存在一个唯一解T+，使：
其中，T+为T的Moore-Penrose广义逆矩阵。根据Moore-Penrose广义逆矩阵的性质，可得：
m＝T+b (9)
采用广义逆求解方法，根据已知量T和b求解出m，即求得了Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)，以及五项角偏误差εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。至此，综合体现了18项几何运动误差元素δx(x)、δy(y)、δz(z)、δi(j)、εi(j)、Sij的14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)均可求出。
将所述14项误差元素的值代入公式(1)，可预测出机床空间内的综合几何误差：
根据本发明提供的以上实施例可知，本发明提供的立式加工中心的几何运动误差检测方法，只需测量PPP、NPP、PNP三条对角线方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)，即可计算得到影响刀尖相对工件误差的所有14项误差元素，大大提高了立式加工中心的综合几何运动误差值的检测速度。同时，本发明提供的几何运动误差检测方法可分离获得体现18项几何运动误差元素的14项误差元素，能够避免因为忽略部分误差项导致的精度缺陷，大大提高了立式加工中心综合几何运动误差值的计算精度。
本发明还提供了一种立式加工中心的几何运动误差检测系统。图6为本发明提供的一种立式加工中心的几何运动误差检测系统的结构示意图。参见图6，所述立式加工中心的几何运动误差检测系统包括：
综合几何运动误差模型建立模块601，用于建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型；所述综合几何运动误差模型中包含18项几何运动误差元素；
误差求解模型获取模块602，用于根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型；所述误差求解模型中包含14项误差元素；
体对角线误差值获取模块603，用于获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)；
体对角线方程组建立模块604，用于根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组；
误差元素值计算模块605，用于采用广义逆求解方法求解获得所述体对角线方程组中所述14项误差元素的值；
综合几何运动误差值计算模块606，用于根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值。
其中，所述综合几何运动误差模型建立模块601具体包括：
综合几何运动误差模型建立单元，用于建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型，所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji；所述18项几何运动误差元素包括3项所述定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项所述直线度误差δi(j)，6项所述角偏误差εi(j)以及3项所述垂直度误差Sij。
所述误差求解模型获取模块602具体包括：
误差求解模型获取单元，用于根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型，所述误差求解模型为：
其中，Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)；所述14项误差元素为Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。
所述体对角线方程组建立模块604具体包括：
体对角线方程组建立单元，用于根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组：
Tm＝b；
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T；
其中，Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值；ΔRppp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差值；ΔRnpp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差值；ΔRpnp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差值。
所述综合几何运动误差值计算模块606具体包括：
将所述14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)的值代入所述误差求解模型{Δy(x,y,z)＝Ey(x)+Ey(y)+Ey(z)+zεx(x)+zεx(y)，计算得到所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差值Δx(x,y,z)、Δy(x,y,z)、Δz(x,y,z)。
本发明提供一种立式加工中心的几何运动误差检测系统，只需测量PPP、NPP、PNP三条对角线方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)，即可计算得到影响刀尖相对工件误差的所有14项误差元素，大大提高了立式加工中心的综合几何运动误差值的检测速度。同时，本发明提供的几何运动误差检测系统可分离获得体现18项几何运动误差元素的14项误差元素，因此最终获得的综合几何运动误差值是通过18项几何运动误差元素确定的，充分考虑了立式加工中心的X、Y、Z轴运动过程中产生的3项定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项直线度误差δi(j)，6项角偏误差εi(j)以及3项垂直度误差Sij对立式加工中心综合几何运动误差值的影响，从而大大提高了立式加工中心综合几何运动误差值的计算精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种立式加工中心的几何运动误差检测方法，其特征在于，所述方法包括：
建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型；所述综合几何运动误差模型中包含18项几何运动误差元素；所述建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型，具体包括：
建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型，所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji；所述18项几何运动误差元素包括3项所述定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项所述直线度误差δi(j)，6项所述角偏误差εi(j)以及3项所述垂直度误差Sij；
根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型；所述误差求解模型中包含14项误差元素；
获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)；
根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组；
采用广义逆求解方法求解获得所述体对角线方程组中所述14项误差元素的值；
根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值。
2.根据权利要求1所述的立式加工中心的几何运动误差检测方法，其特征在于，所述根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型，具体包括：
根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型，所述误差求解模型为：
其中，Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)；所述14项误差元素为Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。
3.根据权利要求2所述的立式加工中心的几何运动误差检测方法，其特征在于，所述根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组，具体包括：
根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组：
Tm＝b；
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T；
其中，Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值；ΔRppp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差值；ΔRnpp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差值；ΔRpnp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差值。
4.根据权利要求3所述的立式加工中心的几何运动误差检测方法，其特征在于，所述根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值，具体包括：
将所述14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)的值代入所述误差求解模型计算得到所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差值Δx(x,y,z)、Δy(x,y,z)、Δz(x,y,z)。
5.一种立式加工中心的几何运动误差检测系统，其特征在于，所述系统包括：
综合几何运动误差模型建立模块，用于建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型；所述综合几何运动误差模型中包含18项几何运动误差元素；所述综合几何运动误差模型建立模块具体包括：
综合几何运动误差模型建立单元，用于建立所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差模型，所述综合几何运动误差模型如下：
其中，Δx(x,y,z)表示刀尖相对于工件在X轴方向的综合几何运动误差值；Δy(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Y轴方向的综合几何运动误差值；Δz(x,y,z)表示刀尖相对于工件在Z轴方向的综合几何运动误差值；δx(x)表示X轴运动中产生的定位误差；δy(y)表示Y轴运动中产生的定位误差；δz(z)表示Z轴运动中产生的定位误差；{δi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示j轴运动中在i轴方向产生的直线度误差；{εi(j)|i＝x,y,z；j＝x,y,z}表示j轴运动中以i轴方向为轴线产生的角偏误差；{Sij|i＝x,y,z；j＝x,y,z；i≠j}表示i轴与j轴之间的垂直度误差，Sij＝Sji；所述18项几何运动误差元素包括3项所述定位误差δx(x)、δy(y)、δz(z)，6项所述直线度误差δi(j)，6项所述角偏误差εi(j)以及3项所述垂直度误差Sij；
误差求解模型获取模块，用于根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型；所述误差求解模型中包含14项误差元素；
体对角线误差值获取模块，用于获取所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP、NPP、PNP方向上产生的误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)；
体对角线方程组建立模块，用于根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组；
误差元素值计算模块，用于采用广义逆求解方法求解获得所述体对角线方程组中所述14项误差元素的值；
综合几何运动误差值计算模块，用于根据所述14项误差元素的值计算所述立式加工中心的综合几何运动误差值。
6.根据权利要求5所述的立式加工中心的几何运动误差检测系统，其特征在于，所述误差求解模型获取模块具体包括：
误差求解模型获取单元，用于根据所述综合几何运动误差模型获得误差求解模型，所述误差求解模型为：
其中，Ex(x)＝-δx(x)，Ex(y)＝-δx(y)-yεz(y)+ySxy，Ex(z)＝δx(z)-zSxz，Ey(x)＝-δy(x)+xεz(x)，Ey(y)＝-δy(y)，Ey(z)＝δy(z)-zSyz，Ez(x)＝-δz(x)+xεy(x)，Ez(y)＝-δz(y)+yεx(y)，Ez(z)＝δz(z)；所述14项误差元素为Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)。
7.根据权利要求6所述的立式加工中心的几何运动误差检测系统，其特征在于，所述体对角线方程组建立模块具体包括：
体对角线方程组建立单元，用于根据所述14项误差元素和所述误差值ΔRppp(x,y,z)、ΔRnpp(x,y,z)、ΔRpnp(x,y,z)建立体对角线方程组：
Tm＝b；
m＝[Ex(x) Ex(y) Ex(z) Ey(x) Ey(y) Ey(z) Ez(x) Ez(y) Ez(z) εx(x) εx(y) εy(x) εy(y) εz(x)]T；
其中，Xm表示X轴方向最大测试距离；Ym表示Y轴方向最大测试距离；Zm表示Z轴方向最大测试距离；R表示体对角线长度，y表示测量点的Y轴坐标值；z表示测量点的Z轴坐标值；ΔRppp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PPP方向上产生的误差值；ΔRnpp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线NPP方向上产生的误差值；ΔRpnp(x,y,z)表示所述立式加工中心的三轴分步运动后在体对角线PNP方向上产生的误差值。
8.根据权利要求7所述的立式加工中心的几何运动误差检测系统，其特征在于，所述综合几何运动误差值计算模块具体包括：
将所述14项误差元素Ex(x)、Ex(y)、Ex(z)、Ey(x)、Ey(y)、Ey(z)、Ez(x)、Ez(y)、Ez(z)、εz(x)、εy(x)、εy(y)、εx(x)、εx(y)的值代入所述误差求解模型计算得到所述立式加工中心的刀尖相对于工件在X、Y、Z轴方向的综合几何运动误差值Δx(x,y,z)、Δy(x,y,z)、Δz(x,y,z)。
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