CN110030963B - 一种revo测头探针长度标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种REVO测头探针长度标定方法，属于精密测试技术及仪器领域；本发明包括以下步骤：将一个环规固定在水平放置的平板上；移动测量机主轴，使测头A轴位于零位状态下，测头的测球中心与环规中心轴线重合；保持测量机三个主轴静止不动，移动测头A轴与测头B轴，探测环规同一截面上对称的两点，根据两个探测点返回数据，经过投影计算，即可标定出REVO测头的探针长度；本发明在测量机三个主轴静止不动的状态下进行标定，可以避免测量机三个主轴运动误差引入的探针长度标定误差和REVO测头B轴轴线与环规轴线不重合引入的探针长度标定误差，实现REVO测头探针长度的高精度标定，能够应用于测量。

Description

一种REVO测头探针长度标定方法
技术领域
本发明一种REVO测头探针长度标定方法，属于精密测试技术及仪器领域。
背景技术
REVO测量系统是英国Renishaw公司推出的基于正交式三坐标测量机设计和使用的五轴坐标测量系统。测量系统自带的UCCServer程序，可以在行程不小于500mm×500mm×250mm的正交式三坐标测量机环境下，对REVO测头的探针长度等参数进行快速自动标定，标定后的探针长度等参数值直接保存在计算机中，在实际测量过程中实时补偿，并将补偿后的坐标值反馈给用户使用；但是在非正交式坐标测量环境下，测量系统自带的UCCServer程序无法适用，因此，在新的非正交式坐标测量机结构形式下，在进行实际测量之前，必须设计新的标定方法，对REVO测头的探针长度等参数进行高精度标定，以避免对测量系统测量精度的影响。
REVO测头探针长度等参数的标定精度，对测量系统整体测量精度有很大的影响，例如，1μm的探针长度标定误差，随着探针角度的变化，测量系统最大会产生1μm的测量误差，因此，必须进行探针长度的高精度标定。在已有的标定方法中，探针长度的标定需要移动测量机三个主运动轴，三个主运动轴运动产生的运动误差，即使主运动轴的运动误差经过补偿，也会被计入探针长度的标定结果，对其标定精度产生影响。因此，发明一种REVO测头探针长度标定方法，在测量机三个运动轴保持静止的情况下，对REVO测头探针长度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
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种REVO测头探针长度标定方法，该发明主要应用于非正交式坐标测量机系统中的探针长度的高精度标定，提高测量系统的测量精度，保证产品质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种REVO测头探针长度标定方法，用于非正交式坐标测量机下REVO五轴测量系统，包括以下步骤：
S1.将环规固定于水平放置的平板上，确保环规不在外力的作用下发生移动，使REVO测头A轴位于0°位置，移动测量机主轴，使测球的中心与环规中心轴线重合，保持测量机X方向主轴静止不动；
S2.移动REVO测头A轴，使其角度位于arcsin（D/2L 0）×180/π位置，向下移动Z方向主轴，移动距离为L 0 ×{1-cos[arcsin(D/2L 0)]}，保持测量机三个主轴静止不动；
S3.转动REVO测头回转体至B轴90°位置，然后转动REVO测头A轴，直至测球能够探测到环规内壁上一点，记该点为第一探测点，记录第一探测点返回的A轴角度α 1；
S4.转动REVO测头回转体至B轴-90°位置，然后转动REVO测头A轴，直至测球能够探测到环规内壁上一点，记该点为第二探测点，并记录第二探测点返回的A轴角度α 2；
S5.计算探针的标定长度L，其计算公式：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
①；
S6.重复S3至S5，直至此次计算得到的探针的标定长度L的值与上一次计算得到的探针的标定长度L的值之差绝对值不大于0.001，探针长度标定完成；
在上述步骤中，d为测球的直径，D为环规的直径，L 0 为探针的标称长度，L为探针的标定长度，单位为mm，e 1为REVO测头A轴与B轴的偏置。
其中，测球的中心与环规中心轴线通过如下操作实现重合：在REVO测头A轴处于0°位置时，移动测量机X方向主轴，探测环规内表面上距环规上表面h/2处的一点，记探测点X方向坐标值为x，移动测量机X方向主轴，使其位于x-D/2位置，其中h为环规的高度。
进一步，平板为000级花岗石平板，规格为1000×1000×150mm，工作面平面度为2.5μm。
进一步，环规为校对光滑专用环规，公差为±0.002mm，直径取值范围为200mm-300mm。
综上所述，发明具有以下有益效果：
1.测量机三个主轴静止不动的状态下，对REVO测头探针长度进行标定，避免了其它主轴运动误差对REVO测头探针长度标定精度的影响；
2.探针长度标定过程中，在不会使关节臂角度产生变化的方向进行探测，避免了标定过程中由于测量力致使关节臂角度发生变化而引入额外的标定误差的情况；
3.通过在REVO测头B轴对称位置两次探测，消除了REVO测头B轴轴线与环规中心轴线不重合引入的标定误差，实现了REVO测头探针长度的高精度标定。
附图说明
图1是本发明的测量示意图；
图中：1、平板，2、环规，3、测球，4、探针，5、REVO测头回转体，6、REVO测头，7、环规的中心轴线，α 1、第一探测点的A轴角度，α 2、第二探测点的A轴角度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种REVO测头探针长度标定方法，用于非正交式坐标测量机下REVO五轴测量系统，使用工具包括平板1、环规2；其中，平板1为000级花岗石平板，规格为1000×1000×150mm，工作面平面度为2.5μm；环规2为校对光滑专用环规，公差为±0.002mm，直径取值范围为200mm-300mm；具体步骤如下：
S1.将环规2固定于水平放置的平板1上，确保环规2不在外力的作用下发生移动，使REVO测头A轴位于0°位置，移动测量机主轴，使测球3的中心与环规2中心轴线重合，保持测量机X方向主轴静止不动；
S2.调整测量机Z方向主轴位置：移动REVO测头A轴，使其角度位于arcsin(D/2L 0)×180/π位置，此时测球3的Z方向坐标上移，测球3处于环规上方，向下移动测量机Z方向主轴，使测球3能够探测到环规2的内表面，移动距离为L 0 ×{1-cos[arcsin(D/2L 0)]}，保持测量机三个主轴静止不动；其中，A轴角度位置计算中选取的探针4的标称长度L 0与实际长度的差值在角度的三角函数相关计算中可忽略，此处确定角度位置时使用L 0即可满足标定精度要求；
S3.转动REVO测头回转体5至B轴90°位置，然后转动REVO测头A轴，直至探针4端部的测球3能够探测到环规2内壁上一点，记该点为第一探测点，记录第一探测点返回的A轴角度α 1；
S4.转动REVO测头回转体5至B轴-90°位置，然后转动REVO测头A轴，直至探针4端部的测球3能够探测到环规2内壁上一点，记该点为第二探测点，并记录第二探测点返回的A轴角度α 2；
S5.利用公式①计算探针4的标定长度L；
S6.重复S3至S5，直至此次计算得到的探针4的标定长度L的值与上一次计算得到的探针4的标定长度L的值之差绝对值不大于0.001，探针长度标定完成；
在上述步骤中，d为测球3的直径，D为环规2的直径，L 0 为探针4的标称长度，L为探针4的标定长度，所述各项的长度单位均为mm，e 1 为REVO测头A轴与B轴的偏置。
其中，测球3的中心与环规2的中心轴线通过以下操作实现重合：在REVO测头A轴处于0°位置时，移动测量机X方向主轴，探测环规2内表面上距环规2的上表面h/2处的一点，记探测点X方向坐标值为x，此探测点与环规2的中心轴线距离为D/2，此时移动测量机X方向主轴，使其位于x-D/2位置，则测球3的X方向坐标也位于x-D/2位置，测球3的中心与环规2的中心轴线重合，其中h为环规2的高度。
每个方向的主轴都可以看做是一个刚体，刚体有6个自由度，相对应的就存在6项运动误差，本发明的标定过程中，测量机三个主轴均处于静止状态，避免由主轴运动误差对探针长度标定精度的影响，探测力的方向不会使关节臂角度产生变化，同时在REVO测头B轴对称位置的探测消除了REVO测头B轴轴线与环规2中心轴线不重合引入的标定误差，减少了高精度标定的影响因素。
在测量过程中，针对测球3的半径在探测精度上的影响，测量系统自带的UCCServer程序会进行补偿，因此系统返回的数据，都是经过测头半径补偿的数据，在标定时无需再考虑测球3的半径对标定精度的影响，实现了高精度探测标定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种REVO测头探针长度标定方法，用于非正交式坐标测量机下REVO五轴测量系统，其特征在于包括以下步骤：
S1.将环规（2）固定于水平放置的平板（1）上，确保环规（2）不在外力的作用下发生移动，使REVO测头A轴位于0°位置，移动测量机主轴，使测球（3）的中心与环规（2）中心轴线重合，保持测量机X方向主轴静止不动；
S2.移动REVO测头A轴，使其角度位于arcsin(D/2L 0)×180/π位置，向下移动Z方向主轴，移动距离为L 0 ×{1-cos[arcsin(D/2L 0)]}，保持测量机三个主轴静止不动；
S3.转动REVO测头回转体（5）至B轴90°位置，然后转动REVO测头A轴，直至测球（3）能够探测到环规（2）内壁上一点，记该点为第一探测点，记录第一探测点返回的A轴角度α 1；
S4.转动REVO测头回转体（5）至B轴-90°位置，然后转动REVO测头A轴，直至测球（3）能够探测到环规（2）内壁上一点，记该点为第二探测点，并记录第二探测点返回的A轴角度α 2；
S5.计算探针的标定长度L，其计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
①；
S6.重复S3至S5，直至此次计算得到的探针（4）的标定长度L的值与上一次计算得到的探针（4）的标定长度L的值之差绝对值不大于0.001，探针长度标定完成；
在上述步骤中，d为测球（3）的直径，D为环规（2）的直径，L 0 为探针（4）的标称长度，L为探针（4）的标定长度，单位为mm，e 1为REVO测头A轴与B轴的偏置。
2.根据权利要求1所述的一种REVO测头探针长度标定方法，其特征在于：所述步骤S1中测球（3）的中心与环规（2）中心轴线重合的操作如下：在REVO测头A轴处于0°位置时，移动测量机X方向主轴，探测环规（2）内表面上距环规（2）上表面h/2处的一点，记探测点X方向坐标值为x，移动测量机X方向主轴，使其位于x-D/2位置，其中h为环规（2）的高度。
3.根据权利要求1所述的一种REVO测头探针长度标定方法，其特征在于：所述平板（1）为000级花岗石平板。
4.根据权利要求3所述的一种REVO测头探针长度标定方法，其特征在于：所述平板（1）的规格为：1000×1000×150mm，工作面平面度为2.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种REVO测头探针长度标定方法，其特征在于：所述环规（2）为校对光滑专用环规，公差为±0.002mm。
6.根据权利要求5所述的一种REVO测头探针长度标定方法，其特征在于：所述环规（2）的直径取值范围为200mm~300mm。
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