一种基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法及系统与流程

本发明涉及数控机床中多轴旋转误差补偿，尤其是指一种基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法及系统。

背景技术：

1、随着多轴工具机(如数控机床、加工中心等)在制造业中的广泛应用，对加工精度和效率的要求也日益提高。在多轴工具机的加工过程中，旋转轴(如a轴、b轴、c轴)的运动误差会直接影响加工件的尺寸精度和表面质量。因此，如何准确测量并补偿这些旋转轴的运动误差，成为提高多轴工具机加工精度的关键。

2、传统的旋转轴运动误差补偿方法通常采用单矢量测量或基于传感器直接测量的方式。然而，这些方法在测量精度、测量效率和适用范围等方面存在一定的局限性。例如，单矢量测量只能提供单一的测量数据，基于单一的测量数据得到的绝对误差无法得到精确的旋转轴运动误差；而基于传感器直接测量的方法则受到传感器安装位置、测量范围等因素的限制。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中旋转轴运动误差精确度低的问题，提供了一种基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法及系统，所述误差补偿方法包括以下步骤：

2、s1：在多轴工具机上确定一个固定的基准点，并基于所述基准点，构建xyz坐标系，定义a轴是绕着x轴旋转的旋转轴，b轴是绕着y轴旋转的旋转轴，c轴是绕着z轴旋转的旋转轴；

3、s2：设计一个误差校准模具，所述误差校准模具包括第一校准柱、第二校准柱和连接轴，所述第一校准柱和所述第二校准柱分别安装于所述连接轴上，且所述第一校准柱、所述第二校准柱沿所述连接轴的长度方向以一定间隔设置，所述第一校准柱上设有第一校准点，所述第二校准柱设有第二校准点；

4、s3：利用所述误差校准模具分别对a轴、b轴、c轴的旋转角度进行误差补偿；

5、其中，利用所述误差校准模具对c轴的旋转角度进行误差补偿的方法包括：

6、s31：将所述误差校准模具安装在所述多轴工具机的xoy平面上，获取第一校准点的初始坐标数据以及第二校准点的初始坐标数据，基于两校准点的初始坐标数据，得到第一校准点到第二校准点之间的向量a；

7、s32：控制所述误差校准模具以z轴为旋转中心旋转角度α，获取旋转之后的第一校准点的坐标数据和第二校准点的坐标数据，基于两校准点的坐标数据，得到旋转之后的第一校准点到第二校准点之间的向量b；

8、s33：基于向量a和向量b，得到向量之间的夹角β；

9、s34：根据α和β，得到相对角度误差，并以所述相对角度误差对c轴的旋转角度进行误差补偿。

10、在本发明的一个实施例中，所述相对角度误差err的计算方法为：

11、err＝α-β

12、其中，所述向量之间的夹角

13、在本发明的一个实施例中，对a轴的旋转角度进行误差补偿时，将所述误差校准模具通过所述连接轴安装在所述多轴工具机的yoz平面上；对b轴的旋转角度进行误差补偿时，将所述误差校准模具通过所述连接轴安装在所述多轴工具机的xoz平面上；对c轴的旋转角度进行误差补偿时，将所述误差校准模具通过所述连接轴安装在所述多轴工具机的xoy平面上。

14、在本发明的一个实施例中，所述连接轴由所述多轴工具机的安装面中心向其边缘延伸。

15、在本发明的一个实施例中，在所述第一校准柱和所述第二校准柱上分别安装第一标准球和第二标准球，所述第一校准点和所述第二校准点分别为第一标准球和第二标准球的球心。

16、在本发明的一个实施例中，所述第一校准点和所述第二校准点的坐标数据均是通过安装在数控机床测头上的接触式探针或非接触式激光传感器测量得到的。

17、在本发明的一个实施例中，所述向量之间的夹角β是通过将多次测量旋转之后的第一校准点和第二校准点的坐标数据作平均处理后计算得到的。

18、基于同一发明构思，本发明还提供一种基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿系统，用于实现所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，具体包括以下模块：

19、坐标系构建模块，用于在多轴工具机上确定一个固定的基准点，并基于所述基准点，构建xyz坐标系，定义a轴是绕着x轴旋转的旋转轴，b轴是绕着y轴旋转的旋转轴，c轴是绕着z轴旋转的旋转轴；

20、误差校准模具设计模块，用于设计一个误差校准模具，所述误差校准模具包括第一校准柱、第二校准柱和连接轴，所述第一校准柱和所述第二校准柱分别安装于所述连接轴上，且所述第一校准柱、所述第二校准柱沿所述连接轴的长度方向以一定间隔设置，所述第一校准柱上设有第一校准点，所述第二校准柱设有第二校准点；

21、旋转轴运动误差补偿模块，用于利用所述误差校准模具分别对a轴、b轴、c轴的旋转角度进行误差补偿；

22、其中，利用所述误差校准模具对c轴的旋转角度进行误差补偿的方法包括：

23、将所述误差校准模具安装在所述多轴工具机的xoy平面上，获取第一校准点的初始坐标数据以及第二校准点的初始坐标数据，基于两校准点的初始坐标数据，得到第一校准点到第二校准点之间的向量a；

24、控制所述误差校准模具以z轴为旋转中心旋转角度α，获取旋转之后的第一校准点的坐标数据和第二校准点的坐标数据，基于两校准点的坐标数据，得到旋转之后的第一校准点到第二校准点之间的向量b；

25、基于向量a和向量b，得到向量之间的夹角β；

26、根据α和β，得到相对角度误差，并以所述相对角度误差对c轴的旋转角度进行误差补偿。

27、本发明还提供了一种数控机床，包括控制系统，将所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿系统集成在所述控制系统中，在工件加工过程中利用所述误差补偿系统实时在线监测和角度误差补偿。

28、本发明还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机软件产品，所述计算机软件产品包括的若干指令，用以使得一台计算机设备执行所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法。

29、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

30、本发明所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法及系统通过测量两个不同位置上的校准点的坐标数据，并计算这两个点之间的向量关系，从而实现对旋转轴运动误差的准确测量。这种方法不仅具有测量精度高、测量效率快的优点，还能够适用于不同型号和规格的多轴工具机。

1.一种基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于：所述相对角度误差err的计算方法为：

3.根据权利要求1所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于：对a轴的旋转角度进行误差补偿时，将所述误差校准模具通过所述连接轴安装在所述多轴工具机的yoz平面上；对b轴的旋转角度进行误差补偿时，将所述误差校准模具通过所述连接轴安装在所述多轴工具机的xoz平面上；对c轴的旋转角度进行误差补偿时，将所述误差校准模具通过所述连接轴安装在所述多轴工具机的xoy平面上。

4.根据权利要求1所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于：所述连接轴由所述多轴工具机的安装面中心向其边缘延伸。

5.根据权利要求1所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于：在所述第一校准柱和所述第二校准柱上分别安装第一标准球和第二标准球，所述第一校准点和所述第二校准点分别为第一标准球和第二标准球的球心。

6.根据权利要求5所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于：所述第一校准点和所述第二校准点的坐标数据均是通过安装在数控机床测头上的接触式探针或非接触式激光传感器测量得到的。

7.根据权利要求6所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于：所述向量之间的夹角β是通过将多次测量旋转之后的第一校准点和第二校准点的坐标数据作平均处理后计算得到的。

8.一种基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿系统，用于实现权利要求1至7任意一项所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法，其特征在于，具体包括以下模块：

9.一种数控机床，其特征在于，包括控制系统，将如权利要求8所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿系统集成在所述控制系统中，在工件加工过程中利用所述误差补偿系统实时在线监测和角度误差补偿。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机软件产品，所述计算机软件产品包括的若干指令，用以使得一台计算机设备执行权利要求1至7任意一项所述的基于双矢量测量旋转轴运动误差补偿方法。