一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于机床旋转轴几何误差测量技术领域，更具体地，设及一种五轴联 动机床旋转轴的几何误差连续测量装置。
【背景技术】
[0002] 五轴联动数控机床是目前解决叶轮、叶片、船用螺旋奖、重型发电机转子、汽轮机 转子、大型柴油机曲轴等复杂零件加工的唯一手段，其在工业领域得到一定范围的应用。然 而五轴联动数控机床在高速、高精、智能等性能方面，存在加工精度差、误差大等问题。机床 的几何误差是产生零件加工误差的主要原因之一，几何误差为系统误差，具有良好的重复 性，可W通过软件补偿而大大减小，而五轴联动机床由于引入了旋转轴，结构更为复杂，几 何误差分量更多，其除了 =个直线轴的21项误差外，还包括两个旋转轴引入的12项误差、 两个旋转轴和空间平面之间的4项平行度误差W及由主轴运动引入的5项误差，因此采用 现有的软件补偿方式对五轴联动机床的几何误差进行测量和补偿，特别是两个旋转轴几何 误差的测量更为困难。
[0003] 目前，针对五轴联动机床旋转轴几何误差的测量装置可分为离散式一次装卡测量 装置和连续式多次装卡测量装置。离散式一次装卡测量装置采用了离散式测量仪器如触 发式测头进行目标点坐标值的采集，基于微分运动方程及雅可比矩阵建立机床空间误差模 型，并在此基础上完成旋转轴几何误差值的求解，其在一次装卡的前提下完成了整个测量 流程，中途无需二次装卡，具有较高的测量效率。连续式多次装卡测量装置是采用连续式测 量设备如接触式跟踪球、非接触式跟踪球、双球杆仪或多普勒激光干设仪，多次装卡完成整 个测量流程，进而利用机床空间误差模型求解出旋转轴几何误差值，其采用了连续式测量 仪器，提高了几何误差的测量精度。
[0004] 然而，进一步的研究，上述现有技术仍然存在W下的缺陷或不足：一方面，采用离 散式测量仪器时，其测量精度受到旋转轴采样点分布密度的限制，测量精度低；另一方面， 采用连续式测量仪时，通常将两端分别连接于主轴和工作台，而误差传导部分采用静态连 接方式，即传感器形状外观保持不变，但一个刚体的空间位姿至少需要=个不共线点来确 定，因此受限于误差传导部分静态连接的运动约束，其需多次装卡测量仪器才能执行整个 测量流程，测量效率受到较大限制。 【实用新型内容】
[0005] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种五轴联动机床旋转 轴的几何误差连续测量装置，其中结合五轴联动机床旋转轴自身的特点，相应的设计了适 合用于连续测量其几何误差的装置，其中通过设置=个不共线的标定球，利用斜曲面建立 待测刚体X、Y、Z=个方向位置偏差的映射关系，将X、Y、Z=个维度的平移映射为单一维度 的距离变化，在一次装卡的同时实现了连续采样，具有测量效率高、精度高等优点，因而尤 其适用于五轴联动机床旋转轴几何误差测量等场合。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型提出了一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测 量装置，其特征在于，包括激光位移传感器和旋转轴组件，其中：所述激光位移传感器安装 在待测的五轴联动机床的主轴上；所述旋转轴组件包括摆动轴A和回转轴C，所述摆动轴A 安装在所述五轴联动机床的摇篮式摆动台上，所述回转轴C安装在所述五轴联动机床的回 转式工作台上，并且所述摆动轴A的轴线与所述回转轴C的轴线垂直相交；所述回转式工作 台安装在所述摇篮式摆动台之上；所述回转式工作台上安装有=个不共线的标定球。
[0007] 作为进一步优选的，所述摆动轴A与所述五轴联动机床的X直线轴平行，所述回转 轴C与所述五轴联动机床的Z直线轴平行。
[0008] 作为进一步优选的，所述=个不共线的标定球采用如下方式进行安装：将所述= 个标定球分别安装于所述回转式工作台上使各标定球的球杆垂直于回转式工作台的上表 面，其中，所述=个标定球的球屯、分别位于一等边=角形的=个顶点上，该等边=角形W所 述摆动轴A的轴线与所述回转轴C(7)的轴线的交点为中屯、，且其边长等于所述回转式工作 台台面半径的1. 5倍。
[0009] 作为进一步优选的，所述各标定球的球屯、到所述回转式工作台上表面的距离等于 摆动轴A的轴线到所述回转式工作台上表面的距离。
[0010] 总体而言，通过本实用新型所构思的W上技术方案与现有技术相比，主要具备W 下的技术优点：
[0011] 1.本实用新型的五轴联动机床旋转轴的几何误差测量装置使用传感器结合=个 不共线设置的标定球，利用斜曲面建立待测刚体X、Y、Z=个方向位置偏差的映射关系，将 X、Y、Z=个维度的平移映射为单一维度的距离变化，从而实现了用一维测量仪器辨识旋转 轴上相关联刚体的=维运动信息。采用本实用新型的测量装置，能够建立一维测量结果与 球屯、=维位置偏差间的映射关系，实现用一维传感器从同一采集方向获取=维误差信息， 使整个过程无需多次变换传感器的装卡位姿即可完成，提高了测量效率。
[0012] 2.本实用新型还对传感器的测量轨迹进行研究与设计，能够实现=个标定球球屯、 位置在旋转轴旋转过程中的连续采集，采用了较离散测量更高的采样频率，提高了测量精 度。
[0013] 3.本实用新型还建立了五轴联动机床空间误差模型、几何误差求解算法，可避免 在各旋转轴零位置处几何误差冗余值的分析，简化了求解过程，加工时W本实用新型测量 中新建工件坐标系为加工坐标系，求解结果可直接用于加工补偿，测量效率高。
【附图说明】
[0014] 图1是激光位移传感器对中装置示意图；
[0015] 图2是标定球安装位置示意图；
[0016] 图3是新建工件坐标系前的标定球球面扫描轨迹；
[0017] 图4是摆动轴A几何误差测量示意图；
[0018] 图5是激光光束在标定球上的扫描轨迹分布示意图；
[0019] 图6是回转轴C几何误差测量示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所 设及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0021] 本实用新型的目的主要通过如下方法实现：首先选用激光位移传感器（laser displacementsensor,LD巧作为测量仪器，其特性既能满足连续测量的需求，又具备误差 传导部分是动态连接的特点；然后，为解决激光位移传感器一维测量的特点与=维测量需 求间的矛盾，利用斜曲面建立待测刚体X、Y、ZS个方向位置偏差的映射关系，将X、Y、ZS 个维度的平移映射为单一维度的距离变化，从而实现了用一维测量仪器辨识旋转轴上相关 联刚体的=维运动信息；最后，在此基础上，利用五轴联动机床空间误差模型反求出旋转轴 的六维几何误差信息，W-次装卡测量为前提建立了一维测量仪器到两组六维几何误差的 映射关系。
[0022] 本实用新型的一种五轴联动机床旋转轴的几何误差连续测量装置，其包括激光位 移传感器和旋转轴组件，其中：激光位移传感器安装在待测的五轴联动机床的主轴1上；旋 转轴组件包括摆动轴A6和回转轴C7,摆动轴A6安装在五轴联动机床的摇篮式摆动台9上， 用于控制摇篮式摆动台9的摆动，回转轴C7安装在五轴联动机床的回转式工作台10上， 用于控制回转式工作台10的回转，摆动轴A6的轴线与回转轴C7的轴线垂直相交；回转式 工作台10安装在摇篮式摆动台9之上；回转式工作台10上安装有=个不共线的