浅议14线测量法的数控机床误差参数辨识技术.pdf

第 5期 总 第 1 5 6期 2 0 0 9年 1 0月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI C AL ENGI NEERI NG ＆ AUT0MATI ON No． 5 Oc t ． 文章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 9 0 5 0 1 0 8 0 2 汝议 1 4线测量法的数控机床误差参数辨识技术 翟 宁 ，孙 克 中北大学 ，山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 数控机床误差参数 辨识是数控机床误差补偿 的关键技术之一 ， 详细介绍 了 1 4线测量法， 并对 1 4线测量 法 的辨识原理进行 了深入 的探讨和研究 ； 运用 1 4线法对三坐标数控机床的 2 l 项误差进行 了辨识 ， 最后 简要说 明了运用 1 4线测量法 的缺 陷。 关键词 数控机床 ；几何误差；1 4线测量法 ；多体 系统 中图分类号 TG6 5 9 文献标识码 A l概 述 数 控机床 误差补偿 效果 的好坏在 很大程 度上取决 于误差综 合数 学模型 建立 的准 确性 ，而误差元 素模 型 是误 差综合 数学模型 的基础 ，它又直 接关 系到最后 的 综合 数学模 型的准确 性 ，所 以 ，误差 补偿 的首要任 务 是对 数控机床 误差元 素进行 准确检测 。 目前 数 控 机床 的误 差 参 数 检测 方 法 主要 分 两 大 类 ，一类是单 项误差 参数直 接测量法 ，另一类 是综合 误差测 量参数 辨识法 。综合误 差测量 参数辨 识方法是 对机 床工作 区域 内指 定点 的定位误差 进行测 量 ，通 过 数学模型对其测量点的综合误差进行参数辨识，间接 得到机床各项误差参数的离散值。目前的综合误差测 量参 数辨识 方法 中具 有代表 性和应用 较为广 泛 的是基 于多 体系统运 动误差 分析理 论的 1 4线测量法 和 2 2 线 测量 法 。 1 4位移 线 测量 法 是 由特 定 的 1 4条 位 移 线 组 成 ， 它共需 要在 1 4 个 给定方 向 内测 量 4项直线 度误差 ， 通 过一 套数学 模型 ．间接得 到 2 1 项几 何误差参 数 。 2 1 4线 测j 量辨 识方法 的辨识原 理及 求解 l 4线 ‘ 控机床几何误差参数辨识方法是一种新兴 的误差参数 识方法 ， 它是基于多体系统 误差分析理论 的数控机床 关差参数辨识方法 。 该 方法根 据多体系统同 一 分 支体 的相邻相对 移动运 动模型建 立 了部 分误 差参 数 ． 通 过测 同一分 支体内两相邻运动模 型联动时 的位 移线误差辨 识部分误差参数 ， 根据 不同分支体内的两种 物体联 动时运 动模型 建立 的部分误差 参数辨 识模 型对 余下的误差参数进行辨识，具体辨识方法如下 2 ． 1 沿等效运 动轴作 单 向运 动 时的测量线 阵 根据一 般多体 系统 的相邻体间的相对移动情况 ， 利 用多体运动误差分析理论建立了机床的运动部件沿其 运动轴 、 ， 运动轴 和 运 动轴作单 向运 动时的误差参 收稿 日期 2 0 0 ≯ 一 0 1 I ；修 回 口期 2 0 0 9 0 6 一 l 2 作者筒介 翟 J ’ 1 9 j 6 ． 男． 河北涿州人， 工程师 ． 本科 。 数 辨识模 型。 沿等效运 动轴 单向运动测量线阵如 图 1所 示 ，图 中 ～ 。 是通过 测量 ．7C 、 方 向运动的 9条测 量线 的定 位误差 ， 分别根据基 于多体系统运动误差分析 理论建立的误差参数辨误模型 。 利用 3组测量线 的综合 误 差数据辨识出 9项误差参数 ， 即通过沿 -z运动轴运动 的 3条测量 线辨识 出定 位误 差 z 、 滚 动误差 z 、 俯 仰误差E y z 3项 误差参 数 ； 通过 沿 Y运 动轴运 动的 3 条测 量线辨识 出定位误 差 、 俯仰误差e j ， 、 滚动 误 差e 3项误 差参 数 ； 通 过沿 2运 动轴运 动的 3条 测量线辨识 出定位误差 、 俯仰误差E z 、 偏转误差 3项误差参数，该方法可直接求解。 图 1 沿 等 效 运 动 轴 单 向运 动 测 量 线 阵 2 ． 2 轴联动 测量 根据多体系统同一分支体内两相邻体给定点的相 对位 移 方程 和 多体 系统 运 动误 差 分 析理 论 建立 了 m y 轴联 动时误 差参 数辨 识模 型 。测 量线 、 。 如 图 2所 示 ， 分别在 不 同 向坐标 的 x y平 面内测量 两条机 床联 动的相对位移线 通过测量相对位移矢量在理论联动 方 向内的投影 即相应 的直线 度误差 而得 到 。 解 法 根据 同一 分支体 内两相邻 体联 动位移 模型 ， 建立 4 个 测量方 程 ，在误差 测量方 程 中含 有 5 个误 差 参 数 ￡ 、 E y 、 、 、 ￡ ， 因 为仅 有 4个 方 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年 第 5期 翟 宁，等 浅议 1 4线测量 法的数控机床误 差参数辨识技 术 1 O 9 程，因此首先暂时把未知数 当作 已知参数来看待， 通过 4个方程求解其余 4个未知参数 ，在 4 个未知参 数解 中只有 中含有未知参数 e ⋯其他 3 个误差 参数的解不含有未知数 ，从而得到它们的数值解 ；此 时假设离散值 厶 础 z 一0 一1 ， 2 ， ⋯， ， 为测量 点数， 将未知参数 ．z 、 求解 出来 。 t 与 z z运动轴联动测量相似 ，在 ．y 平面内测量一 条机床 y z联动的相对位移线 通过测量相对位移在理 论 联 动方 向 内的投影 及相应 的直线 度误 差而得 到 。 测 量线 如 图 4所示 。 ，。 ‘ ‘ 一 一 ‘ ‘ ‘’ 一 一 一 ‘ 一 表 示直线度误差测量 图 4 y z运动轴联动测量 o n 1 4 Di s p l a c e me nt M e a s u r e m e n t Li ne ZHAI Ni ng， SUN Ke No r t h Uni v e r s i t y o f Chi n a ， Ta i y u a n 0 3 0 0 5 1 ， Ch i n a Ab s t r a ct The ge o me t r i c e r r or d et ec t i o n a nd i de nt i f i c a t i o n i s an i mpor t ant t e ch nol o gy i n e r r or c o mpe ns at i on of nume r i c al c o nt r ol l e d ma c hi ne t oo 1 ．Th i s pa p er i nt r o du c e d 1 4 d i s pl a c e me n t me a s ur e me nt l i ne an d i t s m e a s u r e me nt pr i nc i pl e．The i d e nt i f i c a t i on pr oc e s s f o r 2 1 e r r or s e xi s t i ng i n t h e ma ch i n e t ool i s p e r f o r me d wi t h t he he l p o f 1 4 l i ne me t ho d． Fi n a l l y，i t br i ef l y i nt r od uc e s t h e s ho r t c omi n gs of 14 l i ne me a s ur e me nt ． Ke y wo r dsnume r i c a l c o nt r o l l e d ma c hi ne t oo l ； g e ome t r i c er r or； 1 4 l i n e me a s u r e me nt ； mul t i bo dy s ys t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m