CN108444433A - 基于面型基准的转台转角误差检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明基于面型基准的转台转角误差检测装置及方法,属于转台转角误差检测技术领域;所要解决的技术问题是提供了一种能够在转台任意位置实现对转台分度误差进行连续检测的高精度检测装置及方法;技术方案为:检测装置包括一个平面度不大于2微米的基准平面;检测方法为将该检测装置放置于分度转台上并固定在分度转台的初始位置,使用测量设备测量检测装置的基准平面上任意不重合的至少五个点,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量将分度转台转动到一定角度,计算出平面的法向量法向量与法向量之间的夹角与分度转台转动前后名义运动角度相减;本发明可广泛应用于转台转角误差检测领域。
Description
技术领域
本发明基于面型基准的转台转角误差检测装置及方法,属于转台转角误差检测技术领域。
背景技术
随着先进制造技术的发展,分度转台已被广泛应用于多轴数控机床、坐标测量机以及装配线等工业领域,以实现工件或者刀具(测头)的定向与定位。分度转台的运动精度对于加工或者测量至关重要,提高分度转台的运动精度,对于提高加工和测量精度,保证产品质量,具有重要意义。
目前的研究成果及产品中,常用的分度转台转角误差检测方法主要有以下几种:
1、激光干涉仪与多面棱体组合的方式。此种检测方法主要局限于多面棱体的面数,只能检测出多面棱体最小分度角度下的转台转角误差。
2、通过使用一个高精确性、高重复性的参考转台,标定时目标转台顺时针旋转,参考转台逆时针旋转相同的角度。此种检测方法可以实现在360°范围内对转台分度误差进行连续标定,精度很高,但是检测效率较低且成本昂贵。
3、使用激光跟踪仪检测转台上不共线的三个点的空间坐标,根据所建立的转台系统误差模型,求解方程组,获得转台系统误差的解析表达式。此种检测方法成本昂贵,效率很低,而且精度有待考证。
鉴于以上检测方法的不足,发明一种能够在转台任意位置实现对转台分度误差进行连续检测的高精度检测方法,弥补现有检测仪器和方法的不足,实现以较低的经济成本有效地提高分度转台的运动精度,就显得格外重要。
发明内容
本发明基于面型基准的转台转角误差检测装置及方法,克服了现有技术存在的不足,提供了一种能够在转台任意位置实现对转台分度误差进行连续检测的高精度检测装置及方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种基于面型基准的转台转角误差检测装置,包括一个平面度不大于2微米的基准平面。
进一步,该检测装置为长方体。
一种基于面型基准的转台转角误差检测方法,基于上述的基于面型基准的转台转角误差检测装置完成,包括以下步骤:
S1.将该检测装置放置于分度转台上并进行固定,基准平面不与分度转台的表面平行,确保该检测装置在检测的过程中不会发生移动;
S2.在分度转台的初始位置,使用测量设备测量检测装置的基准平面上任意不重合的至少五个点,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量
S3.分度转台转动到一定角度,使用测量设备测量检测装置的基准平面上任意不重合的至少五个点,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量
S4.将法向量与法向量之间的夹角与分度转台转动前后名义运动角度相减,得到分度转台转动前后的转角误差。
进一步,所述测量设备为三坐标测量机。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明方法能够在任意位置实现对分度转台的转角误差进行检测,突破了传统检测方法受检测装置最小分度的限制;
2、本发明方法采用在转台转动前后测量同一个基准面,将角度的测量转化为平面的测量,降低了对测量设备要求,极大地降低了成本;
3、本发明装置只需要有一个平面度不大于2微米的基准平面,易于实现且成本很低;
4、本发明方法只需要将检测装置固定在分度转台上即可,无需复杂的调整步骤,具有很好的便捷性。
附图说明
图1为本发明实施例中的检测装置示意图。
图2为本发明实施例中的检测装置工作示意图。
图中,1-基准平面,2-第一点,3-第二点,4-第三点,5-第四点,6-第五点,7-分度转台,8-分度转台转动前基准平面的法向量9-分度转台转动前基准平面的法向量
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进一步的说明。
实施例
如图1所示,本发明一种基于面型基准的转台转角误差检测装置为长方体,包括一个平面度不大于2微米的基准平面1。
如图1、图2所示,一种基于面型基准的转台转角误差检测方法,使用上述检测装置,包括以下步骤:
a.将该检测装置放置于分度转台7上,并使用橡皮泥或者磁性表座进行固定,确保该检测装置在检测的过程中不会发生移动,基准平面1背向分度转台7的圆心;
b.在分度转台7的初始位置,使用三坐标测量机测量检测装置的基准平面1上五个点,其中,第一点2、第二点3、第三点4、第四点5距基准平面1的四角各2mm处,第五点6位于基准平面1的中心位置,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量
c.分度转台7转动角度θ0后,使用三坐标测量机测量检测装置的基准平面1上的五个点,这五个点在基准平面1上的位置与步骤b中的位置相同,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量
d.根据法矢量与法向量在水平面上的投影,计算法矢量与法向量之间的夹θ1;
e.分度转台7转动前后的转角误差Δθ通过Δθ=θ1-θ0计算得到。
上述步骤中,三坐标测量机的型号为Global Classic SR,拟合平面的法向量采用最小二乘拟合法,计算方法如下:
设上述的五个点(N=5)的空间坐标为点Pi(xi,yi,zi),(i=1,2,3,4,5),其理想平面方程为:z=Ax+By+C,跟据最小二乘原理,设目标函数为:
根据极值原理,欲使F(A,B,C)为最小值,必有
解下列方程组,能够确定平面的三个参数A、B、C:
上式中的S11,S12,S13,S22,S23用下面的公式求得:
最后,该平面的法向量由下式求得,
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明,但是本领域的技术人员应该理解,在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (4)
1.一种基于面型基准的转台转角误差检测装置,其特征在于:包括一个平面度不大于2微米的基准平面(1)。
2.根据权利要求1所述的基于面型基准的转台转角误差检测装置,其特征在于:该检测装置为长方体。
3.一种基于面型基准的转台转角误差检测方法,其特征在于基于权利要求1或2所述的基于面型基准的转台转角误差检测装置完成,包括以下步骤:
S1.将该检测装置放置于分度转台(7)上并进行固定,基准平面不与分度转台(7)的表面平行,确保该检测装置在检测的过程中不会发生移动;
S2.在分度转台(7)的初始位置,使用测量设备测量检测装置的基准平面上任意不重合的至少五个点,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量
S3.分度转台(7)转动到一定角度,使用测量设备测量检测装置的基准平面上任意不重合的至少五个点,根据这些点的坐标值拟合平面,并计算出平面的法向量
S4.将法向量与法向量之间的夹角与分度转台(7)转动前后名义运动角度相减,得到分度转台(7)转动前后的转角误差。
4.根据权利要求3所述的基于面型基准的转台转角误差检测方法,其特征在于:所述测量设备为三坐标测量机。
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