CN111708321B - 数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法 - Google Patents

数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111708321B
CN111708321B CN202010514029.7A CN202010514029A CN111708321B CN 111708321 B CN111708321 B CN 111708321B CN 202010514029 A CN202010514029 A CN 202010514029A CN 111708321 B CN111708321 B CN 111708321B
Authority
CN
China
Prior art keywords
displacement
machine tool
numerical control
data
coordinate system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010514029.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111708321A (zh
Inventor
毕庆贞
许坤
钟磊
钱德厚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
SHANGHAI TOP NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY CO LTD
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI TOP NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY CO LTD, Shanghai Jiaotong University filed Critical SHANGHAI TOP NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN202010514029.7A priority Critical patent/CN111708321B/zh
Publication of CN111708321A publication Critical patent/CN111708321A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111708321B publication Critical patent/CN111708321B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明提供了一种数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法，数控机床刀轴方向动态误差检测装置包括数控系统、机床主轴、测量杆、位移传感器、位移测量装置底座及连接装置；数控系统连接机床主轴，控制机床主轴运动；测量杆的长度能够调节；测量杆与机床主轴通过机床刀具夹具装夹连接；位移传感器与位移测量装置底座连接，位移传感器能够对不同长度的测量杆的位移数据进行采集；位移测量装置底座通过连接装置与机床连接。本发明通过采用长度能够调节的测量杆，实现了对刀轴方向误差的检测，解决了采用传统位移测量装置的方法仅能测量刀尖点位置误差，无法反映刀轴方向变化的问题。

Description

数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法
技术领域
本发明涉及机床上的测量装置，具体地，涉及数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法。
背景技术
目前许多学者通过使用各种测试仪器(例如球杆仪(DBB)R-test，激光跟踪干涉仪)设计了各种测试轨迹及方法来测试五轴机床的动态性能。Masaomi等设计了一种使用DBB的圆形轨迹测量来评估旋转轴精度的方法。钟磊等提出使用R-test在行程内进行微小的S轨迹测试，进而分析机床动态误差的方法。在国际标准ISO10791-6：2014中，定义了四种运动学测试方法，用于评估具有三种典型结构的五轴机床的动态精度。上述运动学测试方法可以有效地检测机床刀具中心点的动态误差，但是均无法用于检测刀轴方向的动态误差。
申请号为201410811379.4的中国专利文献公开了一种五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构，该技术方案需要专门的检测机构，机构结构复杂，设计及制造成本高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法。
根据本发明提供的一种数控机床刀轴方向动态误差检测装置，包括数控系统、机床主轴、测量杆、位移传感器、位移测量装置底座及连接装置；
所述数控系统连接所述机床主轴，控制所述机床主轴运动；
所述测量杆的长度能够调节；
所述测量杆与所述机床主轴通过机床刀具夹具装夹连接；
所述位移传感器与所述位移测量装置底座连接，所述位移传感器能够对所述不同长度的测量杆的位移数据进行采集；
所述位移测量装置底座通过所述连接装置与机床连接。
优选地，所述测量杆包括伸长杆。
优选地，所述位移测量装置底座的顶部设有安装孔，所述位移传感器通过所述安装孔与所述位移测量装置底座的顶部可拆卸连接。
优选地，所述位移测量装置底座的底部与所述机床工作台可拆卸连接。
根据本发明提供的一种数控机床刀轴方向动态误差检测方法，采用上述的数控机床刀轴方向动态误差检测装置，包括如下步骤：
步骤A：安装数控机床刀轴方向动态误差检测装置；
步骤B：准备数控系统；
步骤C：分别获取不同长度的测量杆在同一设定运动轨迹下的位移数据；
步骤D：分别获取不同长度的测量杆在同一设定运动轨迹下的误差数据；
步骤E：获取数控机床刀轴方向动态误差。
优选地，所述步骤A包括如下步骤：
步骤A1：连接所述数控系统和机床主轴；
步骤A2：在所述机床主轴上通过机床刀具夹具装夹所述测量杆；
步骤A3：将位移传感器与位移测量装置底座的顶部连接；
步骤A4：将所述位移测量装置底座的底部通过连接装置与机床工作台连接。
优选地，所述步骤B包括如下步骤：
步骤B1：编写数控系统程序，所述数控系统程序能够设定所述机床主轴的运动轨迹；
步骤B2：将所述数控系统程序导入所述数控系统。
优选地，所述步骤C包括如下步骤：
步骤C1：设定所述测量杆的长度为L1，通过所述数控系统控制所述机床主轴运动，所述设定运动轨迹为S1，在所述运动过程中，所述位移传感器实时采集所述测量杆的实际位移数据M1；
步骤C2：设定所述测量杆的长度为L2，通过相同的所述数控系统控制所述机床主轴运动，所述设定运动轨迹为S2，在所述运动过程中，所述位移传感器实时采集所述测量杆的实际位移数据M2，其中，所述测量杆的长度L1不等于L2，所述设定运动轨迹S1与S2完全相同。
优选地，所述步骤D包括如下步骤：
步骤D1：数据处理系统将测量坐标系me下的所述实际位移数据M1和理论位移数据G1，均通过空间坐标变换矩阵
Figure BDA0002529477520000031
转换得到机床坐标系Ma下的空间三维坐标阵列m1与g1，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000032
Figure BDA0002529477520000033
其中，
Figure BDA0002529477520000034
为从所述测量坐标系me转换到所述机床坐标系Ma的空间坐标变换矩阵；
下标1表示所述测量杆的长度为L1时的数据；
M1为所述测量坐标系me下的实际位移数据；
G1为所述测量坐标系me下的理论位移数据；
m1为所述机床坐标系Ma下的所述实际位移数据M1的空间三维坐标阵列；
g1为所述机床坐标系Ma下的所述理论位移数据G1的空间三维坐标阵列；
·为矩阵的点乘运算；
所述数据处理系统对所述实际位移空间三维坐标阵列m1和所述理论位移空间三维坐标阵列g1进行计算，得到所述长度L1的测量杆在空间X/Y/Z三个方向的位移误差数据e1，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000035
其中，
e1为所述机床坐标系Ma下的所述长度L1的测量杆的位移误差数据；
e1x为所述位移误差数据e1在所述机床坐标系Ma下X方向的分量；
e1y为所述位移误差数据e1在所述机床坐标系Ma下Y方向的分量；
e1z为所述位移误差数据e1在所述机床坐标系Ma下Z方向的分量；
[…，…，…]为矩阵符号；
T为矩阵的转置；
步骤D2：所述数据处理系统将测量坐标系me下的所述实际位移数据M2和理论位移数据G2，均通过空间坐标变换矩阵
Figure BDA0002529477520000036
转换得到机床坐标系Ma下的空间三维坐标阵列m2与g2，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000037
Figure BDA0002529477520000038
其中，
Figure BDA0002529477520000039
为从所述测量坐标系me转换到所述机床坐标系Ma的空间坐标变换矩阵；
下标2表示所述测量杆的长度为L2时的数据；
M2为所述测量坐标系me下的实际位移数据；
G2为所述测量坐标系me下的理论位移数据；
m2为所述机床坐标系Ma下的所述实际位移数据M2的空间三维坐标阵列；
g2为所述机床坐标系Ma下的所述理论位移数据G2的空间三维坐标阵列；
·表示矩阵的点乘运算；
所述数据处理系统对所述实际位移空间三维坐标阵列m2和所述理论位移空间三维坐标阵列g2进行计算，得到所述长度L2的测量杆在空间X/Y/Z三个方向的位移误差数据e2，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000041
其中，
e2为所述机床坐标系Ma下的所述长度L2的测量杆的位移误差数据；
e2x为所述位移误差数据e2在所述机床坐标系Ma下X方向的分量；
e2y为所述位移误差数据e2在所述机床坐标系Ma下Y方向的分量；
e2z为所述位移误差数据e2在所述机床坐标系Ma下Z方向的分量；
[…，…，…]为矩阵符号；
T为矩阵的转置。
优选地，所述步骤E包括：
所述数据处理系统根据所述位移误差数据e1和e2，通过如下公式计算得到所述数控机床刀轴方向动态误差Ed，
Figure BDA0002529477520000042
其中，
Ed为所述数控机床刀轴方向动态误差；
max(...)为max函数，求括号中表达式的最大值；
e1i表示第i个测量点处的e1；
e2i表示第i个测量点处的e2；
N表示测量中的测量点数i的总数；
|e2i-e1i|为第i个测量点处，所述位移误差数据e1与所述位移误差数据e2差的模，表示所述位移误差差值在所述机床坐标系Ma下的长度；
|L2-L1|为所述测量杆长L2与L1的长度差值的绝对值，表示两次测量中所述测量杆长度的变化量；
Figure BDA0002529477520000051
为数学上的除法运算符。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过采用长度能够调节的测量杆，实现了对刀轴方向误差的检测，解决了采用传统位移测量装置的方法仅能测量刀尖点位置误差，无法反映刀轴方向变化的问题；
2、通过采用长度能够调节的测量杆，实现了测量刀尖点位置误差的测量装置可以检测机床刀轴方向误差，解决了需要设计专门针对刀轴方向误差测量的装置，设计成本高的问题；
3、通过采用长度能够调节的测量杆，实现了调节测量杆长度检测刀轴方向误差，流程简单，检测成本低。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为数控机床刀轴方向动态误差检测装置的结构示意图；
图2为数控机床刀轴方向动态误差检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下面对本发明提供的数控机床刀轴方向动态误差检测装置的实施例进行说明。
如图1所示为本发明提供的数控机床刀轴方向动态误差检测装置。
根据本发明提供的一种数控机床刀轴方向动态误差检测装置，包括数控系统、机床主轴1、测量杆2、位移传感器3、位移测量装置底座4及连接装置5。
数控系统连接机床主轴1，控制机床主轴1运动。
测量杆2的长度能够调节，优选地，测量杆2包括伸长杆，使得测量杆2伸出机床主轴1的长度可以调节。优选地，测量杆2包括一段球杆，球杆的一端用于同轴地连接机床主轴1，另一端作为测量端。优选地，测量端固定一个标准球，作为位移测量的优选对象。测量杆2与机床主轴1通过机床刀具夹具装夹连接。
位移传感器3与位移测量装置底座4连接，优选地，位移测量装置底座4的顶部设有安装孔，位移传感器3通过安装孔与位移测量装置底座4的顶部可拆卸连接。位移测量装置底座4上的位移传感器3能够对不同长度的测量杆2上测量端在运动过程的位移信息进行测量，优选地，对标准球位移数据进行测量。位移传感器3与位移测量装置底座4组成位移测量装置，位移测量装置能够同时对测量对象(优选标准球)的空间X/Y/Z三坐标数据同时测量。
位移测量装置底座4通过连接装置5与机床连接，优选地，连接装置5为紧固件，位移测量装置底座4的底部与机床工作台的连接方式为可拆卸的紧固连接。
优选地，还包括数据处理系统，数据处理系统连接位移传感器3及数控系统。
下面对本发明提供的数控机床刀轴方向动态误差检测方法的实施例进行说明。
图2为本发明提供的数控机床刀轴方向动态误差检测方法的流程图。
数控机床刀轴方向动态误差检测方法的基本原理是：
在测量杆2长度为L1时，使用位移传感器3测量得到测量杆2测量端的位移数据，因为测量杆2为刚体，测量杆2测量端的位移数据可以等效为刀尖点的误差数据，然后改变测量杆2长度到L2，在数控机床的刀具长度补偿功能中设定改变的杆长量，数控机床会通过机床各轴运动量的变化自动线性补偿测量杆2长度的变化，使得测量杆2可以按照相同的轨迹运动。由于运动量的补偿是数控机床按照理想刀轴方向下进行的，刀轴方向的误差在不同测量杆2长度下可以反映到刀尖点的位移误差上，因此，通过测量不同测量杆2长度下的刀尖点误差，可以计算得到数控机床刀轴方向动态误差。
根据本发明提供的一种数控机床刀轴方向动态误差检测方法，采用上述的数控机床刀轴方向动态误差检测装置，包括如下步骤：
步骤A：安装数控机床刀轴方向动态误差检测装置；
步骤B：准备数控系统；
步骤C：分别获取不同长度的测量杆2在同一设定运动轨迹下的位移数据；
步骤D：分别获取不同长度的测量杆2在同一设定运动轨迹下的误差数据；
步骤E：获取数控机床刀轴方向动态误差。
步骤A包括如下步骤：
步骤A1：连接数控系统和机床主轴1；
步骤A2：在机床主轴1上通过机床刀具夹具装夹测量杆2；
步骤A3：将位移传感器3与位移测量装置底座4的顶部连接；
步骤A4：将位移测量装置底座4的底部通过连接装置5与机床工作台连接，安装完成后进行位置校正。
步骤B包括如下步骤：
步骤B1：编写数控系统程序，数控系统程序能够设定机床主轴1的运动轨迹，使得测量杆2可以在空间按照设定轨迹运动；
步骤B2：将数控系统程序导入数控系统。
步骤C包括如下步骤：
步骤C1：设定测量杆2的长度为L1，通过数控系统运行数控程序，控制机床主轴1按照设定轨迹运动，设定运动轨迹为S1，测量杆2随机床主轴1运动，在运动过程中，位移传感器3实时采集测量杆2上特定测量点A处的实际位移数据M1；
步骤C2：通过增加伸长杆改变测量杆2在机床主轴1上的伸出长度，设定测量杆2的长度为L2，设定完成后，重新进行位置标定；通过相同的数控系统运行数控程序，控制机床主轴1按照设定轨迹运动，设定运动轨迹为S2，测量杆2随机床主轴1运动，在运动过程中，位移传感器3实时采集测量杆2上特定测量点B处的实际位移数据M2，其中，测量杆2的长度L1不等于L2，设定运动轨迹S1与S2完全相同。特定测量点A和特定测量点B的选取应保证A点和B点到机床主轴1的旋转轴回转中心的距离不同，优选地，A点和B点选取不同长度测量杆下的同一点，即对测量杆2测量端的标准球进行测量，以减少测量点本身制造误差对测量结果的影响。
优选地，步骤C可以重复i次，每一次重复步骤C就另行重新选取一组特定测量点，测量杆2的长度L1、L2及设定运动轨迹S1、S2及其他测量条件均保持不变，得到i组实际位移数据M1和M2。
步骤D包括如下步骤：
步骤D1：数据处理系统将测量坐标系(空间直角坐标系)me下的实际位移数据M1和理论位移数据G1，均通过空间坐标变换矩阵
Figure BDA0002529477520000071
转换得到机床坐标系Ma下的空间三维坐标阵列m1与g1，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000072
Figure BDA0002529477520000073
其中，
Figure BDA0002529477520000074
为从测量坐标系me转换到机床坐标系Ma的空间坐标变换矩阵，由机床结构决定；
下标1表示测量杆2的长度为L1时的数据；
M1为测量坐标系me下的实际位移数据；
G1为测量坐标系me下的理论位移数据；
m1为机床坐标系Ma下的实际位移数据M1的空间三维坐标阵列；
g1为机床坐标系Ma下的理论位移数据G1的空间三维坐标阵列；
·为向量或矩阵的点乘运算；
数据处理系统对实际位移空间三维坐标阵列m1和理论位移空间三维坐标阵列g1进行计算，得到长度L1的测量杆2在空间X/Y/Z三个方向的位移误差数据e1，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000081
其中，
e1为机床坐标系Ma下的长度L1的测量杆2的位移误差数据；
e1x为位移误差数据e1在机床坐标系Ma下X方向的分量；
e1y为位移误差数据e1在机床坐标系Ma下Y方向的分量；
e1z为位移误差数据e1在机床坐标系Ma下Z方向的分量；
[…，…，…]为矩阵符号；
T为矩阵或向量的转置；
步骤D2：数据处理系统将测量坐标系me下的实际位移数据M2和理论位移数据G2，均通过空间坐标变换矩阵
Figure BDA0002529477520000082
转换得到机床坐标系Ma下的空间三维坐标阵列m2与g2，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000083
Figure BDA0002529477520000084
其中，
Figure BDA0002529477520000085
为从测量坐标系me转换到机床坐标系Ma的空间坐标变换矩阵，由机床结构决定；
下标2表示测量杆2的长度为L2时的数据；
M2为测量坐标系me下的实际位移数据；
G2为测量坐标系me下的理论位移数据；
m2为机床坐标系Ma下的实际位移数据M2的空间三维坐标阵列；
g2为机床坐标系Ma下的理论位移数据G2的空间三维坐标阵列；
·表示向量或矩阵的点乘运算；
数据处理系统对实际位移空间三维坐标阵列m2和理论位移空间三维坐标阵列g2进行计算，得到长度L2的测量杆2在空间X/Y/Z三个方向的位移误差数据e2，计算公式如下：
Figure BDA0002529477520000091
其中，
e2为机床坐标系Ma下的长度L2的测量杆2的位移误差数据；
e2x为位移误差数据e2在机床坐标系Ma下X方向的分量；
e2y为位移误差数据e2在机床坐标系Ma下Y方向的分量；
e2z为位移误差数据e2在机床坐标系Ma下Z方向的分量；
[…，…，…]为矩阵符号；
T为矩阵或向量的转置。
步骤E包括：
数据处理系统根据位移误差数据e1和e2，通过如下公式计算得到数控机床刀轴方向动态误差Ed，
Figure BDA0002529477520000092
其中，
Ed为数控机床刀轴方向动态误差；
max(...)为max函数，求括号中表达式的最大值；
e1i表示第i个测量点处的e1；
e2i表示第i个测量点处的e2；
N表示测量中的测量点数i的总数；
|e2i-e1i|为第i个测量点处，位移误差数据e1与位移误差数据e2差的模，表示位移误差差值在机床坐标系Ma下的长度；
|L2-L1|为测量杆长L2与L1的长度差值的绝对值，表示两次测量中测量杆2长度的变化量；
Figure BDA0002529477520000093
为数学上的除法运算符。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种数控机床刀轴方向动态误差检测装置，其特征在于，包括数控系统、机床主轴(1)、测量杆(2)、位移传感器(3)、位移测量装置底座(4)及连接装置(5)；
所述数控系统连接所述机床主轴(1)，控制所述机床主轴(1)运动；
所述测量杆(2)的长度能够调节；
所述测量杆(2)与所述机床主轴(1)通过机床刀具夹具装夹连接；
所述位移传感器(3)与所述位移测量装置底座(4)连接，所述位移传感器(3)能够对不同长度的测量杆(2)的位移数据进行采集；
所述位移测量装置底座(4)通过所述连接装置(5)与机床连接。
2.根据权利要求1所述的数控机床刀轴方向动态误差检测装置，其特征在于，所述测量杆(2)包括伸长杆。
3.根据权利要求1所述的数控机床刀轴方向动态误差检测装置，其特征在于，所述位移测量装置底座(4)的顶部设有安装孔，所述位移传感器(3)通过所述安装孔与所述位移测量装置底座(4)的顶部可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的数控机床刀轴方向动态误差检测装置，其特征在于，所述位移测量装置底座(4)的底部与所述机床工作台可拆卸连接。
5.一种数控机床刀轴方向动态误差检测方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的数控机床刀轴方向动态误差检测装置，包括如下步骤：
步骤A：安装数控机床刀轴方向动态误差检测装置；
步骤B：准备数控系统；
步骤C：分别获取不同长度的测量杆(2)在同一设定运动轨迹下的位移数据；
步骤D：分别获取不同长度的测量杆(2)在同一设定运动轨迹下的误差数据；
步骤E：获取数控机床刀轴方向动态误差。
6.根据权利要求5所述的数控机床刀轴方向动态误差检测方法，其特征在于，所述步骤A包括如下步骤：
步骤A1：连接所述数控系统和机床主轴(1)；
步骤A2：在所述机床主轴(1)上通过机床刀具夹具装夹所述测量杆(2)；
步骤A3：将位移传感器(3)与位移测量装置底座(4)的顶部连接；
步骤A4：将所述位移测量装置底座(4)的底部通过连接装置(5)与机床工作台连接。
7.根据权利要求5所述的数控机床刀轴方向动态误差检测方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤：
步骤B1：编写数控系统程序，所述数控系统程序能够设定所述机床主轴(1)的运动轨迹；
步骤B2：将所述数控系统程序导入所述数控系统。
8.根据权利要求5所述的数控机床刀轴方向动态误差检测方法，其特征在于，所述步骤C包括如下步骤：
步骤C1：设定所述测量杆(2)的长度为L1，通过所述数控系统控制所述机床主轴(1)运动，所述设定运动轨迹为S1，在所述运动过程中，所述位移传感器(3)实时采集所述测量杆(2)的实际位移数据M1；
步骤C2：设定所述测量杆(2)的长度为L2，通过相同的所述数控系统控制所述机床主轴(1)运动，所述设定运动轨迹为S2，在所述运动过程中，所述位移传感器(3)实时采集所述测量杆(2)的实际位移数据M2，其中，所述测量杆(2)的长度L1不等于L2，所述设定运动轨迹S1与S2完全相同。
9.根据权利要求8所述的数控机床刀轴方向动态误差检测方法，其特征在于，所述步骤D包括如下步骤：
步骤D1：数据处理系统将测量坐标系me下的所述实际位移数据M1和理论位移数据G1,均通过空间坐标变换矩阵
Figure FDA0002984878210000021
转换得到机床坐标系Ma下的空间三维坐标阵列m1与g1，计算公式如下：
Figure FDA0002984878210000022
Figure FDA0002984878210000023
其中，
Figure FDA0002984878210000024
为从所述测量坐标系me转换到所述机床坐标系Ma的空间坐标变换矩阵；
下标1表示所述测量杆(2)的长度为L1时的数据；
M1为所述测量坐标系me下的实际位移数据；
G1为所述测量坐标系me下的理论位移数据；
m1为所述机床坐标系Ma下的所述实际位移数据M1的空间三维坐标阵列；
g1为所述机床坐标系Ma下的所述理论位移数据G1的空间三维坐标阵列；
·为矩阵的点乘运算；
所述数据处理系统对所述实际位移空间三维坐标阵列m1和所述理论位移空间三维坐标阵列g1进行计算，得到所述长度L1的测量杆(2)在空间X/Y/Z三个方向的位移误差数据e1，计算公式如下：
Figure FDA0002984878210000031
其中，
e1为所述机床坐标系Ma下的所述长度L1的测量杆(2)的位移误差数据；
e1x为所述位移误差数据e1在所述机床坐标系Ma下X方向的分量；
e1y为所述位移误差数据e1在所述机床坐标系Ma下Y方向的分量；
e1z为所述位移误差数据e1在所述机床坐标系Ma下Z方向的分量；
[…,…,…]为矩阵符号；
上标T为矩阵的转置；
步骤D2：所述数据处理系统将测量坐标系me下的所述实际位移数据M2和理论位移数据G2,均通过空间坐标变换矩阵
Figure FDA0002984878210000032
转换得到机床坐标系Ma下的空间三维坐标阵列m2与g2，计算公式如下：
Figure FDA0002984878210000033
Figure FDA0002984878210000034
其中，
Figure FDA0002984878210000035
为从所述测量坐标系me转换到所述机床坐标系Ma的空间坐标变换矩阵；
下标2表示所述测量杆(2)的长度为l2时的数据；
M2为所述测量坐标系me下的实际位移数据；
G2为所述测量坐标系me下的理论位移数据；
m2为所述机床坐标系Ma下的所述实际位移数据M2的空间三维坐标阵列；
g2为所述机床坐标系Ma下的所述理论位移数据G2的空间三维坐标阵列；
·表示矩阵的点乘运算；
所述数据处理系统对所述实际位移空间三维坐标阵列m2和所述理论位移空间三维坐标阵列g2进行计算，得到所述长度L2的测量杆(2)在空间X/Y/Z三个方向的位移误差数据e2，计算公式如下：
Figure FDA0002984878210000036
其中，
e2为所述机床坐标系Ma下的所述长度L2的测量杆(2)的位移误差数据；
e2x为所述位移误差数据e2在所述机床坐标系Ma下X方向的分量；
e2y为所述位移误差数据e2在所述机床坐标系Ma下Y方向的分量；
e2z为所述位移误差数据e2在所述机床坐标系Ma下Z方向的分量；
[…,…,…]为矩阵符号；
上标T为矩阵的转置。
10.根据权利要求5所述的数控机床刀轴方向动态误差检测方法，其特征在于，所述步骤E包括：
所述数据处理系统根据所述位移误差数据e1和e2，通过如下公式计算得到所述数控机床刀轴方向动态误差Ed，
Figure FDA0002984878210000041
其中，
Ed为所述数控机床刀轴方向动态误差；
max(…)为max函数，求括号中表达式的最大值；
e1i表示第i次测量的测量点处的e1；
e2i表示第i次测量的测量点处的e2；
N表示测量次数；
|e2i-e1i|为第i次测量的测量点处，所述位移误差数据e1与所述位移误差数据e2差的模，表示所述位移误差差值在所述机床坐标系Ma下的长度；
|L2-L1|为所述测量杆长L2与L1的长度差值的绝对值，表示所述测量杆(2)长度的变化量。
CN202010514029.7A 2020-06-08 2020-06-08 数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法 Active CN111708321B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010514029.7A CN111708321B (zh) 2020-06-08 2020-06-08 数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010514029.7A CN111708321B (zh) 2020-06-08 2020-06-08 数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111708321A CN111708321A (zh) 2020-09-25
CN111708321B true CN111708321B (zh) 2021-06-04

Family

ID=72539420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010514029.7A Active CN111708321B (zh) 2020-06-08 2020-06-08 数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111708321B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022067596A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 成都飞机工业（集团）有限责任公司 基于标准球阵列的机床几何误差检测方法
CN113778018B (zh) * 2021-08-25 2023-04-07 西安交通大学 一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104308657A (zh) * 2014-10-14 2015-01-28 浙江大学 一种基于球杆仪测量的机床旋转轴几何误差六圈辨识方法
CN104625880A (zh) * 2014-12-23 2015-05-20 电子科技大学 一种五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构
WO2016113894A1 (ja) * 2015-01-16 2016-07-21 富士機械製造株式会社 工作機械
CN106112693A (zh) * 2016-07-01 2016-11-16 上海拓璞数控科技有限公司 一种五轴数控机床平动轴和旋转轴同步误差检测方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7881896B2 (en) * 2002-02-14 2011-02-01 Faro Technologies, Inc. Portable coordinate measurement machine with integrated line laser scanner
ITTO20070512A1 (it) * 2007-07-11 2009-01-12 Tekno Alfa Srl Dispositivo di compensazione su due assi e anticollisione as-sociato all'attrezzo operatore di un robot industriale
CN103809513B (zh) * 2012-11-09 2016-08-10 沈阳高精数控智能技术股份有限公司 一种ca摆头结构五轴机床误差的校验方法
KR101518843B1 (ko) * 2013-10-02 2015-05-13 한국기계연구원 초기원점 자율세팅을 위한 빌트인 타입 비전 계측 툴
EP3266564B1 (en) * 2015-03-02 2022-07-06 Makino Milling Machine Co., Ltd. Method for evaluating tool installation, and machine tool
CN105127840B (zh) * 2015-09-08 2017-09-15 清华大学 一种五轴联动机床主轴头姿态角测量装置及测量方法
CN105479271B (zh) * 2016-01-29 2017-08-01 电子科技大学 一种用于五轴机床误差同步检测机构的球心对中定位装置
CN107450473B (zh) * 2017-08-03 2019-09-20 南京航空航天大学 一种cfxyza型五轴数控机床旋转轴几何误差计算、补偿及其验证方法
CN111215967B (zh) * 2019-11-27 2021-06-08 上海交通大学 数控机床动态精度检测装置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104308657A (zh) * 2014-10-14 2015-01-28 浙江大学 一种基于球杆仪测量的机床旋转轴几何误差六圈辨识方法
CN104625880A (zh) * 2014-12-23 2015-05-20 电子科技大学 一种五轴机床刀具姿态及刀尖点位置误差同步检测机构
WO2016113894A1 (ja) * 2015-01-16 2016-07-21 富士機械製造株式会社 工作機械
CN106112693A (zh) * 2016-07-01 2016-11-16 上海拓璞数控科技有限公司 一种五轴数控机床平动轴和旋转轴同步误差检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111708321A (zh) 2020-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103250025B (zh) 校正使用坐标定位设备所获得的测量的误差
EP1579168B1 (en) Workpiece inspection method and apparatus
CN102032861B (zh) 大长径比管件内径多参数测量装置及其测量方法
KR910005508B1 (ko) 컴퓨터 원용 키이니매틱 트랜듀서 링크 시스템 및 그 시스템을 사용한 nc 공작기계 정밀도의 측정 및 해석방법
CN106767558B (zh) 一种导轨基面直线度误差的解耦辨识方法
EP1446636B2 (en) Dynamic artefact comparison
EP1783454B1 (en) Form measuring instrument
CN111215967B (zh) 数控机床动态精度检测装置及方法
CN102944197B (zh) 一种双转台结构的五轴加工中心精度检测方法
CN111708321B (zh) 数控机床刀轴方向动态误差检测装置及方法
US7526873B2 (en) Use of surface measurement probes
JP2003114112A (ja) 倣いプローブの校正方法および校正プログラム
CN110220454A (zh) 一种三坐标定位机构的位姿标定方法
CN109163658A (zh) 一种可提供位置和角度基准的光学基准件的标定方法
CN112405112A (zh) 一种五轴机床联动误差检测装置及测算方法
CN109613889A (zh) 基于微分变换的数控机床在机测量系统综合误差补偿方法
CN102788550A (zh) 多传感器形位误差可视化综合测量仪
CN111272088B (zh) 滚动直线导轨副滑块型面中径的测量算法
CN104914787A (zh) 一种估算机床体对角线精度的方法
CN106796095B (zh) 操作坐标测量设备的方法、坐标测量设备和计算机程序
CN111060056A (zh) 一种平行轮廓精确重构的重构装置及重构方法
CN113467371B (zh) 一种基于R-test的五轴机床RTCP参数标定方法
CN209961177U (zh) 用于测量内孔圆柱度的装置
Nikam Coordinate Measuring Machine (CMM)
Xu et al. Synchronization motion accuracy measurement method for coordinated five-axis machine tools

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210702

Address after: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District

Patentee after: SHANGHAI JIAO TONG University

Address before: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District

Patentee before: SHANGHAI JIAO TONG University

Patentee before: SHANGHAI TOP NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd.