CN113375529A - 旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法、装置 - Google Patents

旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法、装置 Download PDF

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CN113375529A CN202010163631.0A CN202010163631A CN113375529A CN 113375529 A CN113375529 A CN 113375529A CN 202010163631 A CN202010163631 A CN 202010163631A CN 113375529 A CN113375529 A CN 113375529A
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Abstract

本发明公开了旋转轴的螺距误差补偿测量方法、装置。方法应用于机床，机床包括转台和/或摆头；螺距误差补偿方法包括：控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过标准球组件和探针组件计算每个旋转角度下标准球组件的球心的机械坐标，其中，目标旋转轴为机床上的多个旋转轴中的一个；根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；根据旋转角度、球心的机械坐标和旋转中心的机械坐标确定目标旋转轴的螺距误差，螺距误差用于对目标旋转轴进行螺距补偿。本发明实现了对数控机床的旋转轴的螺距误差补偿量的测量，不仅算法简单，精确度高，价格便宜，更具有普遍适用性。

Description

旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法、装置
技术领域
本发明涉及数控机床控制领域，特别涉及一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法、装置。
背景技术
数控机床大都采用滚珠丝杠作为机械传动部件，电机带动滚珠丝杠，将电机的旋转运动转换为旋转轴的旋转运动。如果滚珠丝杠没有螺距误差，则滚珠丝杠转过的角度与对应的旋转角度存在线性关系。实际上，由于存在制造误差和装配误差，难以达到理想的螺距精度，存在螺距误差，降低了机床的加工精度。同时，数控机床经长期运行后，由于机械磨损等原因，使丝杠螺距误差增大，造成加工精度下降。
螺距误差补偿是根据机床实际移动的距离与指令移动的距离之差，调解机床的指令脉冲参数，进而使得机床实际移动距离与指令值相接近，以提高机床的定位精度。定期检测机床的螺距误差并及时矫正，可在保持精度的前提下延长机床的使用寿命。
目前螺距误差补偿的测量方法主要为激光干涉仪。激光干涉仪对误差的测量精度很高，但价格昂贵，需要专人操作，不适宜在生产现场环境下工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对机床的旋转轴进行螺距误差补偿的补偿量的测量费用较高的缺陷，提供一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法、装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，方法应用于五轴双转台机床，所述五轴双转台机床包括转台和主轴；所述转台包括旋转轴；
所述螺距误差补偿方法包括：
将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述主轴上；
控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴双摆头机床，所述五轴双摆头机床包括工作台和摆头；所述摆头包括旋转轴；
所述螺距误差补偿方法包括：
将标准球组件固定于所述工作台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴混合结构机床，所述五轴混合结构机床包括转台和摆头；所述转台和所述摆头均包括旋转轴；
所述螺距误差补偿方法包括：
将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿。
可选地，所述探针组件包括：探球；所述标准球组件包括标准球；
通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球的球心的机械坐标，包括：
驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，以使所述探球从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探球与所述标准球接触，并获取所述探球的至少三个球心的机械坐标；
根据所述探球的至少三个球心的机械坐标计算所述标准球的球心的机械坐标。
可选地，所述探针组件包括：探杆；
通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球的球心的机械坐标，包括：
驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的端面的边缘与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标；
或，驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的侧壁面与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标。
可选地，根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标，包括：
根据所述至少四个标准球组件的球心的机械坐标求解方程计算圆心或者基于最小二乘法拟合圆计算圆心的机械坐标，将所述圆的圆心的机械坐标确定为所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标。
可选地，所述测量方法还包括：
从与所述旋转角度对应的螺距补偿点中选择一个作为参考点；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差，包括：
根据所述标准球组件的球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述标准球组件的球心的第一单位方向矢量；
根据所述参考点的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述参考点的第二单位方向矢量；
根据所述第一单位方向矢量和所述第二单位方向矢量确定所述螺距误差补偿量。
可选地，根据如下公式确定所述螺距误差补偿量：
Figure BDA0002406652380000041
Compn＝αn-(θn-θA)；
其中，
Figure BDA0002406652380000042
表示第一单位方向矢量；
Figure BDA0002406652380000043
表示第二单位方向矢量；Compn表示螺距误差补偿量；θn表示旋转角度；θA表示参考点A对应的旋转轴角度。
一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，装置应用于五轴双转台机床，所述五轴双转台机床包括转台和主轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述主轴上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度；
计算模块，用于通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
所述计算模块，还用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，装置应用于五轴双摆头机床，所述五轴双摆头机床包括工作台和摆头；所述摆头包括旋转轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述工作台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
计算模块，用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴混合结构机床，所述五轴混合结构机床包括转台和摆头；所述转台和所述摆头均包括旋转轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
计算模块，用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿。
可选地，所述探针组件包括：探球；所述标准球组件包括标准球；
所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，以使所述探球从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探球与所述标准球接触，并获取所述探球的至少三个球心的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述探球的至少三个球心的机械坐标计算所述标准球的球心的机械坐标。
可选地，所述探针组件包括：探杆；
所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的端面的边缘与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标；
或，所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，在确保所述探杆的端面的中点与所述标准球的球心之间的相对高度不变的情况下，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的侧壁面与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标。
可选地，在根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标时，所述计算模块用于：
根据所述至少四个标准球组件的球心的机械坐标求解方程计算圆心或者基于最小二乘法拟合圆计算圆心的机械坐标；
将所述圆的圆心的机械坐标确定为所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标。
可选地，在确定所述目标旋转轴的螺距误差时，所述计算模块用于：
根据所述标准球组件的球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述标准球组件的球心的第一单位方向矢量；
根据参考点的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述参考点的第二单位方向矢量；其中，所述参考点为与所述旋转角度对应的螺距补偿点中的一个；
根据所述第一单位方向矢量和所述第二单位方向矢量确定所述螺距误差补偿量。
可选地，所述计算模块用于根据如下公式确定所述螺距误差补偿量：
Figure BDA0002406652380000071
Compn＝αn-(θn-θA)；
其中，
Figure BDA0002406652380000072
表示第一单位方向矢量；
Figure BDA0002406652380000073
表示第二单位方向矢量；Compn表示螺距误差补偿量；θn表示旋转角度；θA表示参考点A对应的旋转轴角度。
本发明的积极进步效果在于：本发明实现了对数控机床的旋转轴的螺距误差补偿量的测量，不仅算法简单，精确度高，价格便宜，更具有普遍适用性。
附图说明
图1a为本发明一示例性实施例示出的机床的部分结构示意图。
图1b为本发明一示例性实施例示出的螺距误差补偿量的测量方法使用的标准球组件的结构示意图。
图1c为本发明一示例性实施例示出的螺距误差补偿量的测量方法使用的探针组件的结构示意图。
图2为本发明一示例性实施例示出的螺距误差补偿量的测量方法的流程图。
图3a为本发明一示例性实施例示出的旋转轴的旋转角度选取的第一示意图。
图3b为本发明一示例性实施例示出的旋转轴的旋转角度选取的第二示意图。
图4为本发明一示例性实施例示出的探球与标准球接触时的第一状态示意图。
图5为本发明一示例性实施例示出的确定螺距误差的示意图。
图6为本发明一示例性实施例示出的另一种螺距误差补偿量的测量方法所使用的探针组件的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在该的实施例范围之中。
本发明实施例提供一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，用于对机床，特别是五轴数控机床的旋转轴进行螺距误差补偿。机床可以是包括转台和主轴的五轴双转台机床；机床也可以是包括工作台和摆头的五轴双摆头机床；机床还可以是包括转台和摆头的五轴混合结构机床。参见图1a，以AC双转台机床为例，机床包括转台11、主轴12和直线轴(X、Y、Z轴)(图中未示出)。转台11包括旋转轴111。
本实施例中，在进行螺距误差补偿量的测量过程中，借助标准球组件13和探针组件14。参见图1b，标准球组件13包括：标准球131、标准球支杆132和标准球基座133。标准球131和标准球基座133通过标准球支杆132连接。如图1c所示，探针组件14包括：探球141、探杆142和探针座143。探球141和探针座143通过探杆142连接。标准球131的球心至其球面上每个点的距离相等。探球141的球心至其球面上每个点的距离相等。
下面结合图1a～图1c，通过对AC双转台机床的一个旋转轴的螺距误差进行补充来对本实施的旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法的实现机理说明如下。
图2为本发明一示例性实施例示出的螺距误差补偿量的测量方法的流程图，包括以下步骤：
步骤201、将标准球组件固定于转台上，将探针组件固定于主轴上。
如图1a所示，将标准球组件13通过标准球基座固定于转台11上，将探针组件14通过探针座固定于主轴12上。优选地，设置标准球与旋转轴的距离尽可能远。
可以理解的，若五轴机床为五轴双摆头机床，则将标准球组件固定于工作台上，将探针组件固定于摆头上；若五轴机床为五轴混合结构机床，则将标准球组件固定于转台上，将探针组件固定于摆头上。
需要说明的是，为了确保螺距误差补偿量测量的准确性，执行步骤202之前，需将机床的所有旋转轴(包括A轴、C轴)回零。
步骤202、控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过标准球组件和探针组件计算每个旋转角度下标准球组件的球心的机械坐标。
其中，目标旋转轴为机床上的多个旋转轴中的一个。本实施例中，一次针对一个旋转轴进行螺距误差补偿，为了便于区分，将当前选取的、对其进行螺距误差补偿的旋转轴称为目标旋转轴，例如，当前对CA双摆头机床的摆头上的A轴旋转轴进行螺距补偿，在摆头上的A轴旋转轴即为目标旋转轴；当前对AC双转台的转台上的C轴旋转轴进行螺距补偿，转台上的C轴旋转轴即为目标旋转轴。
下面对旋转角度的选取过程介绍如下：
获取设定的螺距补偿参数：螺距补偿点的数量N，参考点位置A，补偿间距RS。其中，N≥4；参考点位置A为螺距补偿点中的一个，一般选取为旋转轴0度位置对应的螺距补偿位置，即一般选取为补偿点数的中心点；补偿间距RS为相邻两个螺距补偿点之间的角度差，根据旋转轴的正负软限位，以及设置的螺距补偿点的数量来定。
旋转角度的选取与目标旋转轴的正负软限位差有关。
(1)若目标旋转轴的正负软限位之差小于360°，也即|RP-RN|<360°，参见图3a,说明该目标转轴无法完整旋转360°。其中，RP为旋转轴的正软限位，指旋转轴正向能转到的最大角度；RN为旋转轴的负软限位，指旋转轴负向能转到的最大角度；NS为控制目标旋转轴旋转角度的数量。
旋转角度的选取需要满足条件：
(NS-1)*RS＝min(|RP-RN|，360)，即RS＝min(|RP-RN|，360)/(NS-1)；
目标旋转轴的旋转角度的计算公式如下：
θn＝RN+n*RS，n∈[0，NS-1]；
参见图3a,若共探测θ0～θ56(Ns)个旋转角度，螺距补偿点的数量为6个(N)，此时N＝Ns；假设目标旋转轴的正软限位RP＝100°，负软限位RN＝-100°，NS＝6，则RS＝40°，θ0～θ5分别为-100°、-60°、-20°、20°、60°、100°。
若将图3a中θ2处的点选为参考点位置，则参考点位置对应的旋转轴角度为θA＝-20°
(2)若目标旋转轴的正负软限位之差不小于360°，也即|RP-RN|≥360°，参见图3b，说明该目标转轴可以旋转360°。螺距补偿点的数量N＝NS-1。
旋转角度的选取需要满足条件：
RS*(NS-1)＝360，那么RS＝360/(NS-1)；
目标旋转轴的旋转角度的计算公式如下：
θn＝RN+n*RS，n∈[0，NS-1]；
在此处，RN需要先经过调整；
(1)当|RN|>＝180且|RP|>＝180时，取RN＝-180，RP＝180；
(2)当|RN|>＝180且|RP|<180时，取RN＝RP-360，RP不变；
(3)当|RN|<180且|RP|>＝180时，取RN不变，RP＝RN+360；
具体由上述(1)(2)(3)表明，图3b中，若共探测θ0～θ6共7(Ns)个旋转角度，螺距补偿点的数量为6个(N)，此时N＝Ns-1；假设目标旋转轴的正软限位RP＝180°，负软限位RN＝-180°，NS＝7，则RS＝60°，θ0～θ6分别为-180°、-120°、-60°、0°、60°、120°、180°。
若将图3b中θ3处的点选为参考点位置，则参考点位置对应的旋转轴角度为θA＝0°。
以下介绍计算每个旋转角度下标准球组件的球心的机械坐标的具体实现方式：
参见图4，将旋转轴旋转至某一角度θn，驱动主轴12和/或转台11相对运动，以带动探球141和/或标准球131运动，如图4所示，使探球141从至少三个方向靠近标准球131直至探球141与标准球131接触，主轴12、转台11停止相对运动。每当标准球131与探球141接触时，获取探球141的球心1411的机械坐标。其中，探球141的球心的机械坐标由探针软件自动计算给出，系统内部通过固定变量即可确定该球心的机械坐标。通过将探球141从至少三个方向靠近标准球131，则可获取至少三个探球141处于不同位置时球心1411的机械坐标。根据该至少三个球心的机械坐标或根据至少三个该球心的机械坐标、探球的半径Rq和标准球的半径Rb即可计算标准球131的球心1311的机械坐标。
控制目标旋转轴依次旋转至上述设定的旋转角度，并重复上述操作步骤，从而可获得NS个标准球131的球心1311的机械坐标。
需要说明的是，在确定目标旋转轴在每个旋转角下，标准球131的球心1311的机械坐标的过程中，获得的探球141的球心1411的机械坐标的数量越多，确定的标准球131的球心1311的机械坐标就会越精确，理论上只需获得三个球心1411的机械坐标就能通过计算获得一个球心1311的机械坐标。
为了便于理解，参见图4，给出以下说明：探球141从不同方向靠近标准球131，不同方向接触到标准球131的探球141的球心在一个球面上，该球面的球心与标准球球心重合，半径为探球与标准球半径之和Rq+Rb。如果仅得到3组球心1411的机械坐标，还需要获得探球的半径Rq和标准球的半径Rb，才能计算球心1311的机械坐标；如果得到4组以上球心1411的机械坐标且相应的坐标点不共面，则不需要知道探球的半径Rq和标准球的半径Rb，就能计算出球心1311的机械坐标。具体的，以下对计算球心1311的机械坐标的可能的实现方式进行说明：
若获得的球心1411的机械坐标的数量为三个，又获取了探球的半径Rq和标准球的半径Rb，则可通过如下公式计算球心1311的机械坐标(X，Y，Z)：
(X-x1)2+(Y-y1)2+(Z-z1)2＝(Rb+Rq)2；
(X-x2)2+(Y-y2)2+(Z-z2)2＝(Rb+Rq)2；
(X-x3)2+(Y-y3)2+(Z-z3)2＝(Rb+Rq)2；
其中，x1、x2和x3分别表示三个球心1411的机械坐标在x轴上的坐标，y1、y2和y3分别为三个球心1411的机械坐标在y轴上的坐标，z1、z2和z3分别为三个球心1411的机械坐标在z轴上的坐标。通过求解上述方程组即可获得球心1311的机械坐标Qn(X，Y，Z)。
若获得的球心1411的机械坐标的数量为四个，则可通过如下公式计算球心1311的机械坐标Qn(X，Y，Z)：
(X-x1)2+(Y-y1)2+(Z-z1)2＝M；
(X-x2)2+(Y-y2)2+(Z-z2)2＝M；
(X-x3)2+(Y-y3)2+(Z-z3)2＝M；
(X-x4)2+(Y-y4)2+(Z-z4)2＝M；
其中，x1、x2、x3和x4分别表示四个球心1411的机械坐标在x轴上的坐标，y1、y2、y3和y4分别为四个球心1411的机械坐标在y轴上的坐标，z1、z2、z3和z4分别为四个球心1411的机械坐标在z轴上的坐标；M表示未知常量。通过求解上述方程组即可获得球心1311的机械坐标(X，Y，Z)。
若第一坐标获取单元获得的球心1411的机械坐标的数量大于四个，则可采用最小二乘法计算球心1311的机械坐标Qn(X，Y，Z)，具体的：
假设得到n组(n≥5)球心1411的机械坐标，分别表示为(Xi，Yi，Zi)，i＝1,2,…,n。基于最小二乘法并根据n组球心1411的机械坐标拟合球，假设该球的半径为R，R是一个未知的常量，令：
A＝-2X；
B＝-2Y；
C＝-2Z；
D＝X2+Y2+Z2-R2；
根据最小二乘法的原理，可以得到下面的方程组：
(n∑Xi2-∑Xi∑Xi)A+(n∑Xi Yi-∑Xi∑Yi)B+(n∑XiZi-∑Xi∑Zi)C+N∑Xi3+N∑XiYi2+N∑XiZi2-∑(Xi2+Yi2+Zi2)∑Xi＝0；
(n∑XiYi-∑Xi∑Yi)A+(n∑Yi2-∑Yi∑Yi)B+(n∑YiZi-∑Yi∑Zi)C+N∑Xi2Yi+N∑Yi3+N∑YiZi2-∑(Xi2+Yi2+Zi2)∑Yi＝0；
(n∑XiZi-∑Xi∑Zi)A+(n∑YiZi-∑Yi∑Zi)B+(n∑Zi2-∑Zi∑Zi)C+N∑Xi2Zi+N∑Yi2Zi+N∑Zi3-∑(Xi2+Yi2+Zi2)∑Xi＝0；
从而，可以求解出A、B、C，进而得到标准球的球心1311的机械坐标为Qn(X，Y，Z)。
步骤203、根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定目标旋转轴的旋转中心的机械坐标。
可以理解的，机床上单个旋转轴转动时，标准球的球心的运动轨迹是一个圆，圆心与旋转轴的旋转中心R在同一轴线上。
以下给出三种可能的实现方式以确定旋转中心的机械坐标：
(1)从至少三个标准球组件的球心的机械坐标中任意选取三个坐标Qm、Qp和Qq，计算线段QmQp的中垂面M1，线段QpQq的中垂面M2，以及M1和M2的交线L，计算交线L与平面(基于最小二乘法并根据至少三个标准球组件的球心的机械坐标拟合得到)的交点坐标，并根据交点坐标和当前目标旋转轴的旋转角度获取的标准球组件的球心的机械坐标计算旋转中心，也即将交点坐标与该机械坐标的差值确定为旋转中心。
其中，若共获得l(l＞3)个初始机械坐标，任意三个点共有l(l-1)(l-2)/6种组合，每种组合都能求出一个交点，为了使计算结果更准确，可将每种组合的计算结果求平均值，将计算得到的平均值确定为最终的交点坐标，并将最终的交点坐标与当旋转轴的角度为0°时获取的目标机械坐标做差，得到旋转中心。
(2)将平面的法向量标记为
Figure BDA0002406652380000141
计算当前目标旋转轴的旋转角度获取的标准球组件的球心的机械坐标在平面上的投影坐标Qj′，计算将
Figure BDA0002406652380000142
旋转为Z轴正向的旋转矩阵B，并把旋转矩阵B作用到投影坐标Qj′上，得到旋转后的点坐标Qj″，每个Qj″的Z坐标都是一样的，记为z0；利用最小二乘法将Qj″拟合成圆，圆方程为(x-a)2+(y-b)2＝R2，将(a，b，z0)确定为初始圆心O，并计算Z轴正向旋转为
Figure BDA0002406652380000143
的旋转矩阵B’，把旋转矩阵B’作用到初始圆心O上，将旋转后的圆心O’的坐标与该机械坐标的差值确定为旋转中心。其中，z0表示Qj″在Z轴上的坐标。
(3)采用最小二乘法将至少四个标准球组件的球心的机械坐标拟合成一个球面，球面方程为(x-d)2+(y-e)2+(z-c)2＝R2，将(d，e，c)确定为初始球心S，并计算初始球心S在平面上的投影点S’，将S’与该机械坐标的差值确定为旋转中心。
需要说明的是，本实施例中仅示出了一个旋转轴的螺距误差补偿量的测量过程，对其他旋转轴也使用同样的方式进行测量，但需将当前不补偿的其他旋转轴转到0位。
在另一个实现方式中，可以在机床上设备标识点，通过标准球组件和探针组件计算每个角度下的机床标识点的目标机械坐标，并根据至少四个目标机械坐标确定旋转轴的旋转中心的机械坐标。需要说明的是，用户可自行在机床上设定机床标识点，选定的标识点应不受旋转轴的旋转影响，例如可以是主轴顶部的点。具体的：
调节旋转轴的旋转角度，使其转到预设的某个旋转角度的位置，驱动主轴12和/或转台11做相对运动，以使探球141从至少三个方向靠近标准球131直至与标准球131接触，参见图4中示出的3个用虚线表示的探球的位置。每当标准球131与探球141接触时，将探球与标准球接触时的机床标识点的机械坐标确定为初始机械坐标。将探球141从至少三个不同方向靠近标准球131直至与标准球131接触，即可获得至少三个初始机械坐标Pi，I≥3，i∈[1,I]。若I＝3，那么需要保持探球标识点与标准球球心在某一个轴上等高，比如Z轴等高位置；若I>3，那么I个方向中至少包含一个标识点不与其它标识点在任一轴上等高。
根据该至少三个初始机械坐标，以及标准球的球心与标识点之间的距离即可计算得到一个标准球的球心的机械坐标。
旋转轴旋转NS个角度，并重复上述步骤，即可得到NS个标准球的球心的机械坐标。
步骤204、根据旋转角度、标准球的球心的机械坐标和旋转中心的机械坐标确定旋转轴的螺距误差补偿量，螺距误差补偿量用于对目标旋转轴进行螺距补偿。
以下介绍螺距误差的具体实现方式：
204-1、根据Ns个标准球的球心的机械坐标Qn(xn，yn，zn)，以及目标旋转轴的旋转中心R(X，Y，Z)计算旋转中心到每个旋转角度下标准球的球心的单位方向矢量
Figure BDA0002406652380000161
公式如下：
Figure BDA0002406652380000162
其中
Figure BDA0002406652380000163
Figure BDA0002406652380000164
同理，可以得到旋转中心到参考点位置A对应球心的单位矢量
Figure BDA0002406652380000165
旋转轴旋转到参考点位置A对应的旋转轴角度时，球心的机械坐标QA，旋转中心到该标准球球心QA的单位方向矢量为
Figure BDA0002406652380000166
204-2、根据单位方向矢量
Figure BDA0002406652380000167
旋转角度θn，计算每个螺距误差补偿点对应的螺距误差补偿量Compn；
参见图5，每个螺距补偿点有个对应的旋转轴角度，图中螺距补偿点n对应的球心机械坐标为Qn，对应的旋转轴角度为θn；参考点位置A对应的球心机械坐标为QA，对应的旋转轴角度为θA；，同时根据上面计算的旋转中心R，可以计算∠QARQn的实际角度值αn，与理论上的角度值偏差即为补偿量大小。
(1)首先计算每个补偿点位相对参考点位置A处的实际旋转角度αn，公式如下：
Figure BDA0002406652380000168
那么αn∈[-180,180]；
(2)根据正负软限位限制，加减360调整αn至区间[RP,RN]；
即当αn<RP时，αn＝αn+360；当αn>RP时，αn＝αn-360；
(3)计算每个探测点的螺距误差补偿量Compn，公式如下：
Compn＝αn-(θn-θA)；
203-3、根据计算的旋转轴螺距误差补偿量Compn形成螺距误差补偿表对加工程序进行螺距补偿。
需要说明的是，本实施例中仅示出了对一个旋转轴的螺距误差补偿量的测量过程，对机床的其他旋转轴也使用同样的方式进行测量。
图6为本发明一示例性实施例示出的另一种螺距误差补偿方法所使用的探针组件的结构示意图，探针组件包括：探杆141’和探针座142’。
以下介绍通过探杆获取球心1311的机械坐标的具体实现方式：
驱动主轴12与11转台做相对运动，如图6所示，以使探杆141’从标准球131的上方向下靠近标准球131直至探杆141’的端面1411’的边缘与标准球接触(此时探杆的端面的水平高度在标准球的上顶点与球心之间)，主轴12和转台停止相对运动，获取端面1411’的中点的机械坐标。又驱动主轴12沿X轴和Y轴相对于标准球移动，即使探杆141’水平移动，直至探杆的端面的边缘与标准球接触，主轴12和转台停止相对运动，获取端面1411’的中点的机械坐标，重复上述动作至少两次。从而可获得至少三个中点的机械坐标。进而可根据至少三个中点的机械坐标、探杆的半径Rg和标准球的半径Rb计算球心1311的机械坐标。
重复上述操作步骤至少三次，即可获得至少三个球心1311的机械坐标。
本实施例中，可通过如下公式计算球心1311的机械坐标(X，Y，Z)：
X＝xc；
Y＝yc；
Figure BDA0002406652380000171
其中，xc、yc和zc分别表示第一圆的圆心7的坐标；r表示所述第一圆的半径；所述第一圆根据至少三个球心1411的机械坐标拟合得到；Rb表示标准球的半径；Rg表示探杆的半径。由于xc、yc分别为中点的机械坐标的横坐标和纵坐标，只要知道中点的机械坐标即可知道X和Y，因此此时只需计算Z，即可获得球心1311的机械坐标(X，Y，Z)。
以下介绍获取球心1411的机械坐标的过程：
在机床上设定参考点，根据参考点的机械坐标以及探杆的端面的中点与参考点之间的距离计算中点的机械坐标。其中，通过测量即可获得参考点的机械坐标。
本实施例中，使探杆141’的端面1411’的边缘与标准球接触可通过如下方式实现：首先驱动主轴12相对于标准球做相对运动，使探杆从标准球的正上方向下去靠标准球，探杆端面接触到标准球后主轴12停止相对运动，记录下参考点Z轴机械坐标Z0。这个步骤中，要确保探杆与标准球接触的点不是在探杆的端面的边缘，然后使Z轴机械坐标移动到Z1，Z0-Rb<Z1<Z0。若能够确保主轴12的Z轴方向的高度固定不动(探杆在某一轴上等高)，通过X、Y轴的运动，使探杆从3个不同方向水平朝向标准球移动，探杆接触到标准球后机床停止运动，即可根据测量的参考点的机械坐标计算，从不同方向接触标准球时探杆端面中点的机械坐标。若不能确保探杆不在某一轴上等高，则至少需要使探杆从4个不同方向水平朝向标准球移动，探杆接触到标准球后机床停止运动，根据测量的参考点的机械坐标计算。
与前述旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法实施例相对应，本发明还提供了旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置的实施例。
一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，装置应用于五轴双转台机床，所述五轴双转台机床包括转台和主轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述主轴上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度；
计算模块，用于通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
所述计算模块，还用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，装置应用于五轴双摆头机床，所述五轴双摆头机床包括工作台和摆头；所述摆头包括旋转轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述工作台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
计算模块，用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴混合结构机床，所述五轴混合结构机床包括转台和摆头；所述转台和所述摆头均包括旋转轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
计算模块，用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿。
可选地，所述探针组件包括：探球；所述标准球组件包括标准球；
所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，以使所述探球从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探球与所述标准球接触，并获取所述探球的至少三个球心的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述探球的至少三个球心的机械坐标计算所述标准球的球心的机械坐标。
可选地，所述探针组件包括：探杆；
所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的端面的边缘与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标；
或，所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，在确保所述探杆的端面的中点与所述标准球的球心之间的相对高度不变的情况下，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的侧壁面与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标。
可选地，在根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标时，所述计算模块用于：
根据所述至少四个标准球组件的球心的机械坐标求解方程计算圆心或者基于最小二乘法拟合圆计算圆心的机械坐标；
将所述圆的圆心的机械坐标确定为所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标。
可选地，在确定所述目标旋转轴的螺距误差时，所述计算模块用于：
根据所述标准球组件的球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述标准球组件的球心的第一单位方向矢量；
根据参考点的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述参考点的第二单位方向矢量；其中，所述参考点为与所述旋转角度对应的螺距补偿点中的一个；
根据所述第一单位方向矢量和所述第二单位方向矢量确定所述螺距误差补偿量。
可选地，所述计算模块用于根据如下公式确定所述螺距误差补偿量：
Figure BDA0002406652380000211
Compn＝αn-(θn-θA)；
其中，
Figure BDA0002406652380000212
表示第一单位方向矢量；
Figure BDA0002406652380000213
表示第二单位方向矢量；Compn表示螺距误差补偿量；θn表示旋转角度；θA表示参考点A对应的旋转轴角度。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，其特征在于，
方法应用于五轴双转台机床，所述五轴双转台机床包括转台和主轴；所述转台包括旋转轴；
所述螺距误差补偿方法包括：
将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述主轴上；
控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴双摆头机床，所述五轴双摆头机床包括工作台和摆头；所述摆头包括旋转轴；
所述螺距误差补偿方法包括：
将标准球组件固定于所述工作台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴混合结构机床，所述五轴混合结构机床包括转台和摆头；所述转台和所述摆头均包括旋转轴；
所述螺距误差补偿方法包括：
将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿。
2.如权利要求1所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，其特征在于，所述探针组件包括：探球；所述标准球组件包括标准球；
通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球的球心的机械坐标，包括：
驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，以使所述探球从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探球与所述标准球接触，并获取所述探球的至少三个球心的机械坐标；
根据所述探球的至少三个球心的机械坐标计算所述标准球的球心的机械坐标。
3.如权利要求1所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，其特征在于，所述探针组件包括：探杆；
通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球的球心的机械坐标，包括：
驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的端面的边缘与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标；
或，驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的侧壁面与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标。
4.如权利要求1所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，其特征在于，根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标，包括：
根据所述至少四个标准球组件的球心的机械坐标求解方程计算圆心或者基于最小二乘法拟合圆计算圆心的机械坐标，将所述圆的圆心的机械坐标确定为所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标。
5.如权利要求1所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：
从与所述旋转角度对应的螺距补偿点中选择一个作为参考点；
根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差，包括：
根据所述标准球组件的球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述标准球组件的球心的第一单位方向矢量；
根据所述参考点的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述参考点的第二单位方向矢量；
根据所述第一单位方向矢量和所述第二单位方向矢量确定所述螺距误差补偿量。
6.如权利要求5所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量方法，其特征在于，根据如下公式确定所述螺距误差补偿量：
Figure FDA0002406652370000041
Compn＝αn-(θn-θA)；
其中，
Figure FDA0002406652370000042
表示第一单位方向矢量；
Figure FDA0002406652370000043
表示第二单位方向矢量；Compn表示螺距误差补偿量；θn表示旋转角度；θA表示参考点A对应的旋转轴角度。
7.一种旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，其特征在于，装置应用于五轴双转台机床，所述五轴双转台机床包括转台和主轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述主轴上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度；
计算模块，用于通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
所述计算模块，还用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，装置应用于五轴双摆头机床，所述五轴双摆头机床包括工作台和摆头；所述摆头包括旋转轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述工作台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
计算模块，用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿；
或，方法应用于五轴混合结构机床，所述五轴混合结构机床包括转台和摆头；所述转台和所述摆头均包括旋转轴；
所述螺距误差补偿量的测量装置包括：
固定模块，用于将标准球组件固定于所述转台上，将探针组件固定于所述摆头上；
控制模块，用于控制目标旋转轴旋转至少四个旋转角度，并通过所述标准球组件和所述探针组件计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标，其中，所述目标旋转轴为所述机床上的多个旋转轴中的一个；
计算模块，用于根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标；
所述计算模块，还用于根据所述旋转角度、所述球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述目标旋转轴的螺距误差补偿量，所述螺距误差补偿量用于对所述目标旋转轴进行螺距补偿。
8.如权利要求7所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，其特征在于，所述探针组件包括：探球；所述标准球组件包括标准球；
所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，以使所述探球从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探球与所述标准球接触，并获取所述探球的至少三个球心的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述探球的至少三个球心的机械坐标计算所述标准球的球心的机械坐标。
9.如权利要求7所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，其特征在于，所述探针组件包括：探杆；
所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的端面的边缘与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标；
或，所述控制模块还用于驱动所述摆头和/或所述转台和/或所述工作台和/或所述主轴相对运动，在确保所述探杆的端面的中点与所述标准球的球心之间的相对高度不变的情况下，使所述探杆从至少三个方向靠近所述标准球直至所述探杆的侧壁面与所述标准球接触，获取至少三个中点的机械坐标；
在计算每个旋转角度下所述标准球组件的球心的机械坐标时，所述计算模块具体用于根据所述至少三个中点的机械坐标、所述探杆的半径和所述标准球的半径计算所述标准球的球心的机械坐标；或，根据至少四个中点的机械坐标求解方程计算球心或者基于最小二乘法拟合球计算球心的机械坐标，将所述球的球心的机械坐标确定为所述标准球的球心的机械坐标。
10.如权利要求7所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，其特征在于，在根据至少四个标准球组件的球心的机械坐标确定所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标时，所述计算模块用于：
根据所述至少四个标准球组件的球心的机械坐标求解方程计算圆心或者基于最小二乘法拟合圆计算圆心的机械坐标；
将所述圆的圆心的机械坐标确定为所述目标旋转轴的旋转中心的机械坐标。
11.如权利要求7所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，其特征在于，在确定所述目标旋转轴的螺距误差时，所述计算模块用于：
根据所述标准球组件的球心的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述标准球组件的球心的第一单位方向矢量；
根据参考点的机械坐标和所述旋转中心的机械坐标确定所述旋转中心至所述参考点的第二单位方向矢量；其中，所述参考点为与所述旋转角度对应的螺距补偿点中的一个；
根据所述第一单位方向矢量和所述第二单位方向矢量确定所述螺距误差补偿量。
12.如权利要求11所述的旋转轴的螺距误差补偿量的测量装置，其特征在于，所述计算模块用于根据如下公式确定所述螺距误差补偿量：
Figure FDA0002406652370000071
Compn＝αn-(θn-θA)；
其中，
Figure FDA0002406652370000072
表示第一单位方向矢量；
Figure FDA0002406652370000073
表示第二单位方向矢量；Compn表示螺距误差补偿量；θn表示旋转角度；θA表示参考点A对应的旋转轴角度。
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