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申请/专利权人：天津大学;北京工研精机股份有限公司

摘要：本发明公开了一种基于距离误差的双旋转轴位置无关几何误差辨识方法，该方法包括以下步骤：基于对偶四元数实现机床旋转和平移运动的统一表示，构建机床刀具相对于工件坐标系模型；通过两旋转轴协调运动测量靶球间距离误差，测量时B轴进行0‑90°的旋转运动，C轴进行0‑360°的旋转运动，完全覆盖机床旋转轴运动行程，同一台激光跟踪仪被用于测量刀具端靶球坐标及工件端靶球坐标；考虑与位置无关几何误差定义，基于对偶四元数表征几何误差，建立双旋转轴几何误差模型，基于Levenberg‑Marquardt算法进行机床误差解耦。本发明提出的方法可以完全覆盖两个旋转轴运动行程，有利于实现几何误差的全面测量；辨识过程无需要对坐标系进行变换，因此避免了测量点坐标系变换导致的精度损失。

主权项：1.一种基于距离误差的双旋转轴位置无关几何误差辨识方法，其特征在于：基于对偶四元数实现机床旋转和平移运动的统一表示，构建机床刀具相对于工件坐标系模型；通过两旋转轴协调运动测量靶球间距离误差，测量过程需要两个靶球，根据测量结果计算两靶球距离值；基于对偶四元数建立双旋转轴几何误差模型，基于Levenberg-Marquardt算法进行误差解耦，包括如下步骤：步骤1、基于对偶四元数实现机床旋转和平移运动的统一表示，构建机床刀具相对于工件坐标系模型： 其中与分别表示理想情况下刀具及工件相对于机床坐标系的位置；表示第i轴的对偶四元数形式，表示的共轭： 为刀具相对于B轴坐标系的对偶四元数，为工件相对于C轴坐标系的对偶四元数： 步骤2、通过两旋转轴协调运动测量靶球间距离误差，测量过程需要两个靶球，在测量过程中X、Y、Z轴保持不动；同一台激光跟踪仪被用于测量刀具端靶球坐标及工件端靶球坐标，根据测量结果计算两靶球间距离值，具体步骤为：步骤2.1、通过两旋转轴协调运动测量靶球间距离误差，在测量过程中X、Y、Z轴保持不动，机床坐标系的原点建立在两旋转轴轴线的交点；测量过程需要两个靶球，刀具端靶球长度Lt通过对刀仪及机床设计参数确定，工件端靶球通过百分云台与机床探针调整至已知位置，所述已知位置相对于C轴坐标系位置为tw；步骤2.2、测量时B轴进行0--90°的旋转运动，C轴进行0--360°的旋转运动，完全覆盖机床旋转轴运动行程；同一台激光跟踪仪被用于测量刀具端靶球坐标xbi，ybi，zbi及工件端靶球坐标xci，yci，zci；为了测量过程不断光，避免断光续接，测量过程中重复运行两遍相同机床代码，每次运行跟踪仪实时跟踪测量一个靶球，根据测量结果计算两靶球实际距离值LBC： 旋转轴的几何误差模型在机床坐标系下定义，但无论是机床坐标系还是激光跟踪仪的测量坐标系，距离值都不会改变，因此基于距离值LBC辨识机床几何误差，距离值LBC与理想情况下距离值的差值即为距离误差；步骤3、考虑与位置无关几何误差定义，基于对偶四元数表征几何误差，建立双旋转轴几何误差模型： 其中与分别表示几何误差影响下刀具及工件相对于机床坐标系的位置，与为C轴EX0C、EY0C、EA0C与EB0C4项几何误差的对偶四元数形式，与为B轴EX0B、EZ0B、EA0B与EC0B4项几何误差的对偶四元数形式；基于误差模型，得到几何误差影响下刀具相对于工件坐标系的位置关系： 其中对偶四元数表示几何误差影响下刀具相对于工件坐标系的位置，与即为刀具相对于工件坐标系在X、Y、Z方向上的坐标值，基于此建立LBC与的误差辨识函数： 基于Levenberg-Marquardt算法求解所述误差辨识函数，实现机床误差解耦，得到双旋转轴8项与位置无关几何误差，其中fx的值为误差模型计算值与测量值的残差。

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