CN105404239A - 一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法 - Google Patents

一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105404239A
CN105404239A CN201510867026.0A CN201510867026A CN105404239A CN 105404239 A CN105404239 A CN 105404239A CN 201510867026 A CN201510867026 A CN 201510867026A CN 105404239 A CN105404239 A CN 105404239A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
parallel
gauge
machine tool
series
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.)
Granted
Application number
CN201510867026.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105404239B (zh
Inventor
吴军
***
刘宇哲
李铁民
张彬彬
佀昊
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.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua 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 Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201510867026.0A priority Critical patent/CN105404239B/zh
Publication of CN105404239A publication Critical patent/CN105404239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105404239B publication Critical patent/CN105404239B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37001—Measuring problems
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37422—Distance and attitude detector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，其适用的五轴混联机床主要由机床工作台与并联主轴头组成。并联主轴头具有两转动自由度与一平动自由度，且与机床工作台还能形成两平动自由度的相对运动。该测量方法是在混联机床的并联主轴头动平台上固定一支沿其法向的千分表，并在机床工作台上固定量块。通过控制五轴混联机床运动，使得千分表伸长Δl量程，其对应在机床三平动的X轴、Y轴和Z轴方向上位移分别为Δx、Δy和Δz；Δx、Δy和Δz与Δl的比值的反余弦函数值分别等于动平台法向与X轴、Y轴和Z轴的夹角α、β和γ，即得到动平台姿态。该测量方法仅需为千分表和量块，具有操作简单，经济实用的特点；能够获得精度较高的任意姿态测量值。

Description

一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于接触式测量仪器的测量方法，确切地说，涉及一种用于一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，属于空间角度测量技术领域。
背景技术
五轴混联机床是加工大型航空薄壁件的重要设备，其中由两自由度串联机构和三自由度并联机构所组成的五轴混联机床具有独特的优势，受到越来越多的关注。五轴混联机床是结合了串联机构工作空间大和并联机构加速度大和刚度高等的特点，以高速高精加工为目标的数控机床。国外已有包括德国DST公司开发的Ecospeed混联机床和西班牙Fatronik公司开发的Space-5H混联加工中心用来加工航空结构件，因此，五轴混联机床具有广阔应用前景。
然而，在制造和装配五轴混联机床过程中，必然会产生误差，这样装配完成后的机床主轴头的终端(一般指并联机构动平台)会偏离原来设计的终端位置，从而产生终端位置和姿态误差，也即机床的精度会降低。为了保证机床实际的终端位置和姿态与设计的终端位置和姿态保持一致，一般通过精度设计或者标定技术去保证机床的精度。精度设计是在机床设计过程中，对机床各零部件的制造精度和机床装配过程中各环节的装配精度进行限制，该方法实施成本高，不利于广泛推广。而运动学标定是在机床制造完成之后，通过辨识机床的运动学模型中的杆件参数来修正控制***中的模型，进而补偿机床终端误差，提高机床终端精度。其实施成本低，有利于大范围推广。
通常，运动学标定分为以下几个步骤：建模、测量、辨识和补偿。其中，测量是辨识和补偿的基础，直接决定着标定效果的好坏，其原因在于：一是测量的精度越高，标定补偿效果越好。由于标定的参数辨识算法一般采用最小二乘算法，最小二乘算法本质上是将测量信息进行拟合，最终得到最佳的辨识参数。测量信息精度越高，则拟合得到的辨识参数越准确，标定补偿效果才能越好；二是测量信息越多，则标定补偿效果越好。在最小二乘算法原理下，测量信息越多在一定程度上可以规避测量误差所引起的参数辨识误差，从而使得标定补偿效果越好。
但是，目前在五轴混联机床运动学标定中，位置测量比较容易实施，而姿态测量比较困难，其原因在于：一、采用倾角仪、激光跟踪仪、球杆仪、CCD等的专用仪器测量五轴混联机床姿态时，虽然能够测量任意姿态，但是其成本较高，且一般测量精度达不到运动学标定所需要的测量精度；二、采用自制测量仪器时，虽然成本较低，但是往往测量步骤繁琐且测量姿态有限。目前，姿态测量主要面临三大问题：一是测量的成本高；二是测量的姿态受测量方法的限制，也即无法有效测量整个工作空间的姿态；三、姿态测量繁琐，耗时较长。
发明内容
本发明针对以上测量问题并结合五轴混联机床结构形式，提出了一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法；旨在充分利用五轴混联机床的三平动轴独立运动的特点，结合少量的装置和简单的操作步骤，通过长度测量来计算五轴混联机床并联主轴头动平台姿态，提高了测量精度和效率，并有效降低测量成本。
本发明的第一种技术方案如下：
一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，所述的五轴混联机床含有机床工作台和并联主轴头，并联主轴头具有两转动自由度与一平动自由度，且与机床工作台还能形成两平动自由度的相对运动，其特征在于所述测量方法包括如下步骤：
1).在五轴混联机床的工作台上固定量块基板，在量块基板上固定第一量块，第一量块有三组相互平行的表面，该三组相互平行的表面分别垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴；
2).在五轴混联机床的并联主轴头动平台上固定磁性表座和千分表，千分表测杆的伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台；
3).控制五轴混联机床使得并联主轴头动平台摆动到需要测量的姿态，然后五轴混联机床只能进行X轴、Y轴和Z轴平动，其测量姿态包括：
a.测量并联主轴头动平台法向与X轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于X轴；然后控制混联机床X轴运动位移Δx，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床X轴运动方向的夹角
b.测量并联主轴头动平台法向与Y轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Y轴；然后控制混联机床Y轴运动位移Δy，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Y轴运动方向的夹角
c.测量并联主轴头动平台法向与Z轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Z轴；然后控制混联机床Z轴运动位移Δz，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Z轴运动方向的夹角
本发明提供的第二种技术方案是：
一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，所述的五轴混联机床含有机床工作台和并联主轴头，并联主轴头具有两转动自由度与一平动自由度，且与机床工作台还能形成两平动自由度的相对运动，其特征在于所述测量方法包括如下步骤：
4).在五轴混联机床的工作台上固定量块基板，在量块基板上同时固定第一量块和第二量块，第一量块有三组相互平行的表面，该三组相互平行的表面分别垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴；此时，第二量块有一个垂直于Z轴的表面，且该表面与第一量块的一个垂直于Z轴的表面在Z轴方向上有高度差Δz；
5).在五轴混联机床的并联主轴头动平台上固定磁性表座和千分表，千分表测杆的伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台；
6).控制五轴混联机床使得并联主轴头动平台摆动到需要测量的姿态，然后五轴混联机床只能进行X轴、Y轴和Z轴平动，其测量姿态包括：
a.测量并联主轴头动平台法向与X轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于X轴；然后控制混联机床X轴运动位移Δx，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床X轴运动方向的夹角
b.测量并联主轴头动平台法向与Y轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Y轴；然后控制混联机床Y轴运动位移Δy，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Y轴运动方向的夹角
c.测量并联主轴头动平台法向与Z轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Z轴；然后控制混联机床X轴和Y轴运动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第二量块的一个表面上，该表面垂直于Z轴；此时Δz即由第一量块与第二量块在Z轴向的高度差产生，千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Z轴运动方向的夹角
上述两种技术方案中，所述的五轴混联机床的工作台为固定工作台，或具有X轴或Y轴的一平动自由度，或具有X轴和Y轴的两平动自由度。
优选地，五轴混联机床的X轴和Y轴的线性度小于等于0.008mm，直线度小于等于0.01mm，X轴和Y轴之间的垂直度小于等于0.01mm/m。
优选地，第一量块和第二量块表面相互平行的表面的平面度和垂直度小于等于20μm，粗糙度小于等于0.8μm。
优选地，千分表的量程大于等于60mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明所提出一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法充分利用了五轴混联机床的结构特点：将两自由度的串联轴转化为测量工具，有效地降低了测量成本。②可以测量任意位姿(位置和姿态)的姿态：其测量方法能够测量工作空间中任意姿态，可以有效提高标定效果。③操作简便：固定完千分表和量块后，仅需控制机床进行X轴、Y轴和Z轴平动即可以实现姿态测量，极大地简化了姿态测量步骤并降低了测量时间。④有两类主要用途：不仅可以作为五轴混联机床的运动学标定的测量手段，同时也可以对任意位姿下的五轴混联机床进行一定精度的姿态测量。
附图说明
图1是第一种技术方案测量装置的结构示意图。
图2是本发明测量方法的原理示意图。
图3是第一种方案和第二种方案测量并联主轴头动平台法向与X轴向夹角时，千分表测杆压缩的示意图。
图4是第一种方案和第二种方案测量并联主轴头动平台法向与X轴向夹角时，千分表测杆伸长的示意图。
图5是第一种方案和第二种方案测量并联主轴头动平台法向与Y轴向夹角时，千分表测杆压缩的示意图。
图6是第一种方案和第二种方案测量并联主轴头动平台法向与Y轴向夹角时，千分表测杆伸长的示意图。
图7是第一种方案和第二种方案测量并联主轴头动平台法向与Z轴向夹角时，千分表测杆压缩的示意图。
图8是第一种方案测量并联主轴头动平台法向与Z轴向夹角时，千分表测杆伸长的示意图。
图9是第二种方案的测量装置的结构示意图。
图10是第二种方案测量并联主轴头动平台法向与Z轴向夹角时，千分表测杆伸长的示意图。
图中：1-机床工作台；2-量块基板；3-第一量块；4-测杆；5-千分表；6-磁性表座；7-并联主轴头动平台；8‐并联主轴头的虚拟动平台法向；9-并联主轴头的虚拟动平台；10-第二量块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和具体实施方式做详细描述(以下描述中假定机床工作台具备X轴和Y轴的两自由度串联平动运动)。
本发明的第一种技术方案具体实施方式：
如图1所示，本技术方案的测量装置包括：机床工作台1、量块基板2、第一量块3、测杆4、千分表5、磁性表座6和并联主轴头动平台7，将五轴混联机床的三平动方向分别设为X轴、Y轴和Z轴。
首先在五轴混联机床的工作台1上固定量块基板2，在量块基板2上固定第一量块3，第一量块3有三组相互平行的表面，通过调节量块基板2在机床工作台1上的位置和姿态，可以使得第一量块3有三组相互平行的表面分别垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴。
然后在五轴混联机床的并联主轴头动平台7上固定磁性表座6和千分表5，通过调整磁性表座6的开关及其支架，使得千分表5的测杆4的伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台1。
如图1所示，控制五轴混联机床使得并联主轴头动平台7摆动到需要测量的姿态，然后五轴混联机床只能进行X轴、Y轴和Z轴平动。
如图2、图3和图4所示，测量并联主轴头动平台法向与X轴向的夹角。控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第一量块3的一个表面上，该表面垂直于X轴，记录此时的千分表5的示数为l1，混联机床控制面板上X轴的读数为x1。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8垂直于并联主轴头的虚拟动平台9。并联主轴头的虚拟动平台法向8的实线部分代表此时图3中千分表5的测杆4的压缩量，垂直于X轴的表面由图3中第一量块3的垂直于X轴的一个表面提供。然后如图4中所示，控制混联机床X轴运动到机床控制面板上X轴的读数为x2时，即第一量块3随着机床工作台1移动，使得千分表5的测杆4伸长到千分表5的示数为l2。则Δx＝|x1-x2|，Δl＝|l1-l2|，并联主轴头动平台法向与混联机床X轴运动方向的夹角可计算为
如图2、图5和图6所示，测量并联主轴头动平台法向与Y轴向的夹角。控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第一量块3的一个表面上，该表面垂直于Y轴，记录此时的千分表5的示数为l1，混联机床控制面板上Y轴的读数为y1。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8垂直于并联主轴头的虚拟动平台9。并联主轴头的虚拟动平台法向8的实线部分代表此时图5中千分表5的测杆4的压缩量，垂直于Y轴的表面由图5中第一量块3的垂直于Y轴的一个表面提供。然后如图6中所示，控制混联机床Y轴运动到机床控制面板上Y轴的读数为y2时，即第一量块3随着机床工作台1移动，使得千分表5的测杆4伸长到千分表5的示数为l2。则Δy＝|y1-y2|，Δl＝|l1-l2|，并联主轴头动平台法向与混联机床Y轴运动方向的夹角可计算为
如图2、图7和图8所示，测量并联主轴头动平台法向与Z轴向的夹角。控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第一量块3的一个表面上，该表面垂直于Z轴，记录此时的千分表5的示数为l1，混联机床控制面板上Z轴的读数为z1。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8垂直于并联主轴头的虚拟动平台9。并联主轴头的虚拟动平台法向8的实线部分代表此时图7中千分表5的测杆4的压缩量，垂直于Z轴的表面由图7中第一量块3的垂直于Z轴的一个表面提供。然后如图8中所示，控制混联机床Z轴运动到机床控制面板上Z轴的读数为z2时，即第一量块3随着机床工作台1移动，使得千分表5的测杆4伸长到千分表5的示数为l2。则Δz＝|z1-z2|，Δl＝|l1-l2|，并联主轴头动平台法向与混联机床Z轴运动方向的夹角可计算为
本发明的第二种技术方案具体实施方式：
技术方案2与技术方案1的区别在于：如果并联主轴头所产生的平动运动性能不佳，即在并联主轴头进行所具有的平动运动的时候，并联主轴头的姿态会发生变化，那么在测量动平台姿态的时候，混联机床不能进行并联主轴头所具有的平动运动。因此该技术方案的Δz是通过第一量块3和第二量块10在Z轴向的高度差产生的。下面结合附图对第二种技术方案的步骤做详细描述：
如图9所示，本技术方案的测量装置包括：机床工作台1、量块基板2、第一量块3、测杆4、千分表5、磁性表座6、并联主轴头动平台7和第一量块10，将五轴混联机床的三平动方向分别设为X轴、Y轴和Z轴。
首先在五轴混联机床的工作台1上固定量块基板2，在量块基板2上同时固定第一量块3与第二量块10，第一量块3有三组相互平行的表面，通过调节量块基板2在机床工作台上的位置和姿态，可以使得第一量块3有三组相互平行的表面垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴。此时，第二量块10有一个垂直于Z轴的表面，且该表面与第一量块3的一个垂直于Z轴的表面在Z轴方向上有高度差Δz。
然后在五轴混联机床的并联主轴头动平台7上固定磁性表座6和千分表5，通过调整磁性表座6的开关及其支架，使得千分表5的测杆4的伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台1。
如图9所示，控制五轴混联机床使得并联主轴头动平台7摆动到需要测量的姿态，然后五轴混联机床只能进行X轴、Y轴和Z轴平动。
如图2、图3和图4所示，测量并联主轴头动平台法向与X轴向的夹角。控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第一量块3的一个表面上，该表面垂直于X轴，记录此时的千分表5的示数为l1，混联机床控制面板上X轴的读数为x1。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8垂直于并联主轴头的虚拟动平台9。并联主轴头的虚拟动平台法向8的实线部分代表此时图3中千分表5的测杆4的压缩量，垂直于X轴的表面由图3中第一量块3的垂直于X轴的一个表面提供。然后如图4中所示，控制混联机床X轴运动到机床控制面板上X轴的读数为x2时，即第一量块3随着机床工作台1移动，使得千分表5的测杆4伸长到千分表5的示数为l2。则Δx＝|x1-x2|，Δl＝|l1-l2|，并联主轴头动平台法向与混联机床X轴运动方向的夹角可计算为
如图2、图5和图6所示，测量并联主轴头动平台法向与Y轴向的夹角。控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第一量块3的一个表面上，该表面垂直于Y轴，记录此时的千分表5的示数为l1，混联机床控制面板上Y轴的读数为y1。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8垂直于并联主轴头的虚拟动平台9。并联主轴头的虚拟动平台法向8的实线部分代表此时图5中千分表5的测杆4的压缩量，垂直于Y轴的表面由图5中第一量块3的垂直于Y轴的一个表面提供。然后如图6中所示，控制混联机床Y轴运动到机床控制面板上Y轴的读数为y2时，即第一量块3随着机床工作台1移动，使得千分表5的测杆4伸长到千分表5的示数为l2。则Δy＝|y1-y2|，Δl＝|l1-l2|，并联主轴头动平台法向与混联机床Y轴运动方向的夹角可计算为
如图2、图7和图10所示，测量并联主轴头动平台法向与Z轴向的夹角。控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第一量块3的一个表面上，该表面垂直于Z轴，记录此时的千分表5的示数为l1。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8垂直于并联主轴头的虚拟动平台9。并联主轴头的虚拟动平台法向8的实线部分代表此时图7中千分表5的测杆4的压缩量，垂直于Z轴的表面由图7中第一量块3的垂直于Z轴的一个表面提供。然后如图10中所示，控制混联机床X轴和Y轴运动，即第二量块10随着机床工作台1移动，使得千分表5的测杆4压缩并将测头压在第二量块10的一个表面上，该表面垂直于Z轴，记录此时的千分表5的示数为l2。如图2中所示，并联主轴头的虚拟动平台法向8的虚线部分代表此时图10中千分表5的测杆4的伸长量，垂直于Z轴的表面由图10中第二量块10的垂直于Z轴的一个表面提供。此时Δz即由第一量块3与第二量块10在Z轴向的高度差产生。则Δl＝|l1-l2|，并联主轴头动平台法向与混联机床Z轴运动方向的夹角可计算为
在此需要指出的是，固定过程中，保证“使得第一量块3有三组相互平行的表面分别垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴”，以及“使得千分表5的测杆4伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台1”的精度，除了需要第一量块3与千分表5本身的精度高以外，还需要通过打表等工厂中常见的校对基准的方法来保证上述固定的精度。打表等工厂中常见的校对基准的方法并不包含在本发明中，因此不在此赘述。
在此需要指出的是，在理论上有公式：cos2α+cos2β+cos2γ＝1，因此仅需要测量两个角度就可以得到并联主轴头动平台姿态。但是由于测量误差和数值截断等的因素存在，上式不能被完全满足。因此可以测量某两个角度来确定并联主轴头动平台姿态，也可以对同一姿态多次测量取最小二乘意义下的三个角度值作为并联主轴头动平台姿态。

Claims (6)

1.一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，所述的五轴混联机床含有机床工作台和并联主轴头，并联主轴头具有两转动自由度与一平动自由度，且与机床工作台还能形成两平动自由度的相对运动，其特征在于所述测量方法包括如下步骤：
1).在五轴混联机床的工作台上固定量块基板(2)，在量块基板上固定第一量块(3)，第一量块有三组相互平行的表面，该三组相互平行的表面分别垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴；
2).在五轴混联机床的并联主轴头动平台上固定磁性表座和千分表，千分表测杆的伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台；
3).控制五轴混联机床使得并联主轴头动平台摆动到需要测量的姿态，然后五轴混联机床只能进行X轴、Y轴和Z轴平动，其测量姿态包括：
a.测量并联主轴头动平台法向与X轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于X轴；然后控制混联机床X轴运动位移Δx，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床X轴运动方向的夹角
b.测量并联主轴头动平台法向与Y轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Y轴；然后控制混联机床Y轴运动位移Δy，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Y轴运动方向的夹角
c.测量并联主轴头动平台法向与Z轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Z轴；然后控制混联机床Z轴运动位移Δz，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Z轴运动方向的夹角
2.一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，所述的五轴混联机床含有机床工作台和并联主轴头，并联主轴头具有两转动自由度与一平动自由度，且与机床工作台还能形成两平动自由度的相对运动，其特征在于所述测量方法包括如下步骤：
1).在五轴混联机床的工作台上固定量块基板(2)，在量块基板上同时固定第一量块(3)和第二量块(10)，第一量块有三组相互平行的表面，该三组相互平行的表面分别垂直于五轴混联机床的三个平动轴：X轴、Y轴和Z轴；此时，第二量块(10)有一个垂直于Z轴的表面，且该表面与第一量块的一个垂直于Z轴的表面在Z轴方向上有高度差Δz；
2).在五轴混联机床的并联主轴头动平台上固定磁性表座和千分表，千分表测杆的伸长方向沿着并联主轴头动平台法向并指向机床工作台；
3).控制五轴混联机床使得并联主轴头动平台摆动到需要测量的姿态，然后五轴混联机床只能进行X轴、Y轴和Z轴平动，其测量姿态包括：
a.测量并联主轴头动平台法向与X轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于X轴；然后控制混联机床X轴运动位移Δx，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床X轴运动方向的夹角
b.测量并联主轴头动平台法向与Y轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Y轴；然后控制混联机床Y轴运动位移Δy，此时千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Y轴运动方向的夹角
c.测量并联主轴头动平台法向与Z轴向的夹角：控制混联机床X轴、Y轴和Z轴平动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第一量块的一个表面上，该表面垂直于Z轴；然后控制混联机床X轴和Y轴运动，使得千分表的测杆压缩并将测头压在第二量块的一个表面上，该表面垂直于Z轴；此时Δz即由第一量块与第二量块在Z轴向的高度差产生，千分表的测杆伸长量记为Δl；则并联主轴头动平台法向与混联机床Z轴运动方向的夹角
3.根据权利要求2所述的一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，其特征在于：第一量块和第二量块表面相互平行的表面的平面度和垂直度小于等于20μm，粗糙度小于等于0.8μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，其特征在于：五轴混联机床的工作台为固定工作台，或具有X轴或Y轴的一平动自由度，或具有X轴和Y轴的两平动自由度。
5.根据权利要求1或2所述的一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，其特征在于：五轴混联机床的X轴和Y轴的线性度小于等于0.008mm，直线度小于等于0.01mm，X轴和Y轴之间的垂直度小于等于0.01mm/m。
6.根据权利要求1或2所述的一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法，其特征在于：千分表的量程大于等于60mm。
CN201510867026.0A 2015-12-01 2015-12-01 一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法 Active CN105404239B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510867026.0A CN105404239B (zh) 2015-12-01 2015-12-01 一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510867026.0A CN105404239B (zh) 2015-12-01 2015-12-01 一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105404239A true CN105404239A (zh) 2016-03-16
CN105404239B CN105404239B (zh) 2018-04-10

Family

ID=55469783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510867026.0A Active CN105404239B (zh) 2015-12-01 2015-12-01 一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105404239B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106392773A (zh) * 2016-09-12 2017-02-15 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
CN108747421A (zh) * 2018-05-08 2018-11-06 广东鸿图武汉压铸有限公司 一种数控转台水平设定的方法
CN109458894A (zh) * 2018-12-04 2019-03-12 厦门鼎运智能股份有限公司 五轴回转数据标定球及其使用方法
CN109976255A (zh) * 2019-04-12 2019-07-05 清华大学 一种用于并联主轴头的运动学标定方法
CN111336899A (zh) * 2020-03-13 2020-06-26 清华大学 机床主轴头姿态角多值测量量具及测量方法
CN111331427A (zh) * 2020-03-13 2020-06-26 清华大学 机床主轴头姿态角单值测量量具及测量方法
CN111390645A (zh) * 2020-03-13 2020-07-10 清华大学 机床主轴头姿态角专用测量量具及测量方法
CN112743575A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 北京理工大学 面向加工现场的串联工业机器人静态刚度辨识***和方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101987424A (zh) * 2009-07-30 2011-03-23 中国商用飞机有限责任公司 数控机床主轴体的摆角校正方法
CN102001021A (zh) * 2010-10-22 2011-04-06 西南交通大学 五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法
CN102079054A (zh) * 2011-01-28 2011-06-01 浙江大学 一种数控机床精度检测装置
CN102962728A (zh) * 2012-12-11 2013-03-13 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种球头球心位置检测装置
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101987424A (zh) * 2009-07-30 2011-03-23 中国商用飞机有限责任公司 数控机床主轴体的摆角校正方法
CN102001021A (zh) * 2010-10-22 2011-04-06 西南交通大学 五轴联动数控机床回转摆动轴几何误差参数值的测量方法
CN102079054A (zh) * 2011-01-28 2011-06-01 浙江大学 一种数控机床精度检测装置
CN102962728A (zh) * 2012-12-11 2013-03-13 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种球头球心位置检测装置
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

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106392773A (zh) * 2016-09-12 2017-02-15 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
CN106392773B (zh) * 2016-09-12 2019-10-25 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
CN108747421A (zh) * 2018-05-08 2018-11-06 广东鸿图武汉压铸有限公司 一种数控转台水平设定的方法
CN109458894A (zh) * 2018-12-04 2019-03-12 厦门鼎运智能股份有限公司 五轴回转数据标定球及其使用方法
CN109976255A (zh) * 2019-04-12 2019-07-05 清华大学 一种用于并联主轴头的运动学标定方法
CN109976255B (zh) * 2019-04-12 2020-08-18 清华大学 一种用于并联主轴头的运动学标定方法
CN111336899A (zh) * 2020-03-13 2020-06-26 清华大学 机床主轴头姿态角多值测量量具及测量方法
CN111331427A (zh) * 2020-03-13 2020-06-26 清华大学 机床主轴头姿态角单值测量量具及测量方法
CN111390645A (zh) * 2020-03-13 2020-07-10 清华大学 机床主轴头姿态角专用测量量具及测量方法
CN111390645B (zh) * 2020-03-13 2021-07-13 清华大学 机床主轴头姿态角专用测量量具及测量方法
CN112743575A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 北京理工大学 面向加工现场的串联工业机器人静态刚度辨识***和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105404239B (zh) 2018-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105404239A (zh) 一种五轴混联机床运动学标定的任意姿态测量方法
Tsutsumi et al. Identification and compensation of systematic deviations particular to 5-axis machining centers
JP4660779B2 (ja) 移動装置の位置誤差評価方法およびその評価結果に基づく移動精度向上方法
CN110108208B (zh) 五轴非接触式测量机的误差补偿方法
US9797700B2 (en) Variable modelling of a measuring device
CN112518422A (zh) 一种五轴ac转摆头龙门机床几何误差建模及分离方法
CN106078359B (zh) 一种龙门式多主轴制孔组合机床的零点定义与标定方法
CN103389038A (zh) 激光跟踪仪定目标多站测量的数控机床几何精度检测方法
CN102278957A (zh) 一种高精度长距离机床导轨定位测量工装及方法
CN101975564B (zh) 基于三截面测量的温度误差补偿方法
CN111678472B (zh) 四轴坐标测量机回转台误差辨识方法
CN102721393A (zh) 一种精密旋转工作台测量***误差在位自标定方法
CN105737735A (zh) 便携式自校准末端执行器重复定位精度测量装置及方法
CN110966934B (zh) 一种调姿器球窝中心点的标定方法
CN106671080A (zh) 校正方法与校正设备
CN113607053B (zh) 基于筒体内表面特征点的位姿调整装置、方法及***
CN111055167B (zh) 一种分度二连杆式球杆仪及其对机床精度的检测方法
CN104914787A (zh) 一种估算机床体对角线精度的方法
CN201037760Y (zh) 一种窝测量工具
CN115816511A (zh) 一种检测并联机器人平台位姿的装置和计算方法
CN104897093A (zh) 虎克铰的精度测量方法
CN104879622A (zh) 一种基于正弦机构的二维线性微动转台
Liu et al. A line measurement method for geometric error measurement of the vertical machining center
Jywe et al. Development of a three-dimensional contouring measuring system and error compensation method for a CNC machine tool
CN104344802A (zh) 表面轮廓的测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant