CN109253710B - 一种revo测头a轴零位误差标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种REVO测头A轴零位误差标定方法，属于精密测试及仪器技术领域；提供了能够在非正交式三坐标测量机下应用的REVO测头A轴零位误差标定方法；技术方案为：方法包括下列步骤：在水平放置的平板上固定一个标准球；调整探针相对标准球的位置，使探针测球位于标准球顶端2mm位置；调整A轴角度，运动测量机Z轴，使探针能够探测到标准球赤道位置；保持测量机三个主轴静止不动，探测标准球对称位置两点，记录探测点A轴角度值；计算两个探测点A轴角度的差值，重复上述标定过程直至满足标定精度要求；本发明在测量机三个主轴静止不动的状态下，实现A轴零位的误差的高精度标定,能够应用于测量。

Description

一种REVO测头A轴零位误差标定方法
技术领域
本发明一种REVO测头A轴零位误差标定方法，属于精密测试及仪器技术领域。
背景技术
英国Renishaw公司推出的具备五轴测量能力的REVO五轴测量系统，代表着当今最先进的接触式坐标测量技术，由于其高效率、高精度的测量特性，其在汽车以及航空航天等领域得到了广泛的应用。
REVO五轴测量系统配备了专门的测头结构及误差参数标定程序，通过在三坐标测量机的工作台上安装标准球，然后执行配备的专门标定程序，即可实现测头结构及误差参数的高精度标定。然而，此标定程序只能应用于正交式三坐标测量机下，且要求测量机水平面内的行程至少大于REVO测头探针长度的两倍，竖直方向的行程大于探针长度，如REVO测头探针长度为250mm，则正交式三坐标测量机的行程至少为500mm×500mm×250mm。
随着数控加工效率和加工精度的提高，以及各种具有复杂形状和结构的关键零部件加工质量在线检测需求日益迫切，REVO五轴测量系统已开始被研究应用于非正交式三坐标测量机中。在非正交式三坐标测量机环境下，原系统专门针对正交式三坐标测量机配备的测头结构及误差参数标定程序已不再适用。REVO测头A轴零位误差的标定精度都会对系统的测量精度产生重要的影响，必须在新的测量机形式下，在使用REVO测头进行测量前，设计新的标定方法，对REVO测头A轴零位进行标定。张国雄先生在“A study on machinecalibration techniques”论文中（Li X, Zhang G, Liu S, et al. A study on machinecalibration techniques[J]. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2013, 62(1):499-502.）提出了一种标定方法，但是在其所提出的标定方法中，测量机的三个运动轴都参与了运动，测量机三个运动轴的误差会对所标定参数的标定精度产生一定的影响。因此，发明一种REVO测头A轴零位误差标定方法，在测量机三个运动轴保持静止的情况下，对REVO测头A轴零位误差进行高精度标定，对于提高整个测量系统测量精度，保证产品质量，都具有重要意义。
发明内容
本发明一种REVO测头A轴零位误差标定方法，克服了现有技术存在的不足，提供了能够在非正交式三坐标测量机下应用的REVO测头A轴零位误差标定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种REVO测头A轴零位误差标定方法，用在 REVO五轴测量系统中，包括以下步骤：
S1.将标准球通过球杆固定于水平放置的平板上；
S2.将探针转动至竖直方向，移动测量机主轴X探测标准球赤道上的一点，记录探测点的x向和z向坐标值(x 1，z 1)，移动测量机主轴X和主轴Z，使测量机主轴X和主轴Z的坐标值分别为x 1+ D/2，z 1+ D/2+2；
S3.转动测头A轴，使探针抬起角度α，并移动测量机主轴Z，使测头下降距离d；
S4.保持测量机三个主轴静止，只转动测头A轴，利用探针测球探测标准球表面一点，并记录当前探测点的测头A轴的探测角度α 1；
S5.转动测头B轴，使其旋转180°，转动测头A轴，利用探针测球继续探测标准球表面一点，并记录当前探测点的测头A轴的探测角度α 2；
S6.计算α 1与α 2之间的角度差值△α，△α/2为测头A轴的零位误差，将此零位误差数值写入到REVO测头文件中的A轴零位误差项；
S7.重复步骤S2至S6，直至α 1与α 2之间的角度差值△α相比上一次标定的角度差值的绝对值不大于4×10-5度，此时，A轴零位误差标定完成；
上述步骤中，α=arctan((D/2+3)/L，d=D/2+L(1-cosα)+2，L为测头探针的长度；D为标准球的直径；坐标值和距离的单位为毫米。
进一步，所述平板为00级花岗石平板。
进一步，所述标准球的材质为陶瓷。
进一步，所述平板的工作面平面度为2.1μm。
进一步，所述标准球的直径D为44.9983mm。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明方法能够实现在非正交式三坐标测量机下对REVO测头A轴零位参数亚弧秒级高精度标定，避免了其它参数对所标定项的影响，方法简便易行，易于操作和实现。
附图说明
图1是REVO测头结构示意图。
图2是REVO测头A轴零位误差标定方法示意图。
图中，1-REVO测头；2-测头A轴；3-测头B轴；4-探针；5-探针测球；6-标准球，7-球杆；8-平板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明一种REVO测头A轴零位误差标定方法，用在REVO五轴测量系统中，使用的工具包括：平板8和标准球6。平板8为00级花岗石平板，工作面平面度为2.1μm。标准球6的材质为陶瓷，直径D为44.9983mm。该方法具体步骤如下：
S1.将标准球6通过球杆7固定于水平放置的平板8上；
S2.将探针4转动至竖直方向，移动测量机主轴X探测标准球6赤道上的一点，记录探测点的x向和z向坐标值(x 1，z 1)，移动测量机主轴X和主轴Z，使测量机主轴X和主轴Z的坐标值分别为x 1+ D/2，z 1+ D/2+2；
S3.转动测头A轴2，使探针4抬起角度α，并移动测量机主轴Z，使测头下降距离d；
S4.保持测量机三个主轴静止，只转动测头A轴2，利用探针测球5探测标准球6表面一点，并记录当前探测点的测头A轴2的探测角度α 1；
S5.转动测头B轴3，使其旋转180°，转动测头A轴2，利用探针测球5继续探测标准球6表面一点，并记录当前探测点的测头A轴2的探测角度α 2；
S6.计算α 1与α 2之间的角度差值△α，△α/2为测头A轴2的零位误差，将此零位误差数值写入到REVO测头文件中的A轴零位误差项；
S7.重复步骤S2至S6，直至α 1与α 2之间的角度差值△α相比上一次标定的角度差值的绝对值不大于4×10-5度，此时，A轴零位误差标定完成；
上述步骤中，α=arctan((D/2+3)/L，d=D/2+L(1-cosα) +2，L为测头探针5的长度；D为标准球6的直径；坐标值和距离的单位为毫米。
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 (5)

1.一种REVO测头A轴零位误差标定方法，用在REVO五轴测量系统中，其特征在于包括以下步骤：
S1.将标准球（6）通过球杆（7）固定于水平放置的平板（8）上；
S2.将探针（4）转动至竖直方向，移动测量机主轴X探测标准球（6）赤道上的一点，记录探测点的x向和z向坐标值(x 1，z 1)，移动测量机主轴X和主轴Z，使测量机主轴X和主轴Z的坐标值分别为x 1+ D/2，z 1+ D/2+2；
S3.转动测头A轴（2），使探针（4）抬起角度α，并移动测量机主轴Z，使测头下降距离d；
S4.保持测量机三个主轴静止，只转动测头A轴（2），利用探针测球（5）探测标准球（6）表面一点，并记录当前探测点的测头A轴（2）的探测角度α 1；
S5.转动测头B轴（3），使其旋转180°，转动测头A轴（2），利用探针测球（5）继续探测标准球（6）表面一点，并记录当前探测点的测头A轴（2）的探测角度α 2；
S6.计算α 1与α 2之间的角度差值△α，△α/2为测头A轴（2）的零位误差，将此零位误差数值写入到REVO测头文件中的A轴零位误差项；
S7.重复步骤S2至S6，直至α 1与α 2之间的角度差值△α相比上一次标定的角度差值的绝对值不大于4×10-5度，此时，A轴零位误差标定完成；
上述步骤中，α=arctan((D/2+3)/L，d=D/2+L(1-cosα) +2，L为测头探针（5）的长度；D为标准球（6）的直径；坐标值和距离的单位为毫米。
2.根据权利要求1所述的一种REVO测头A轴零位误差标定方法,其特征在于:所述平板（8）为00级花岗石平板。
3.根据权利要求1所述的一种REVO测头A轴零位误差标定方法,其特征在于:所述标准球（6）的材质为陶瓷。
4.根据权利要求1所述的一种REVO测头A轴零位误差标定方法,其特征在于:所述平板（8）的工作面平面度为2.1μm。
5.根据权利要求3所述的一种REVO测头A轴零位误差标定方法,其特征在于: 所述标准球（6）的直径D为44.9983mm。
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