基于分时GPS测量的数控机床精度检测研究

本项目提出一种基于GPS原理，采用激光跟踪仪多站分时测量实现数控机床几何误差快速、高精度检测的新方法。其原理是控制机床按照设定的路径空间进给，用一台激光跟踪仪先后在不同的基站位置对机床相同的运动轨迹进行测量，基于GPS原理，确定基站的相对空间位置与各测量点的空间坐标，然后辨识出机床的各项几何误差，最后进行误差补偿，从而提高机床的加工精度。同时测量过程中，通过一套激光猫眼转角随动控制与高速数据采集系统，对机床运动的位置坐标与激光跟踪仪的测量参数实时采集，实现高速大容量数据的获取，进一步提高机床误差的测量效率与精度。主要研究多站分时测量算法、测量不确定评价、误差分离与补偿、快速测量问题,在此基础上，开发一套完整的数控机床几何精度测量，误差分离与补偿软件包。该方法将为机床精度检测开拓新的途径，有望实现数控机床的快速、高精度检测，为提高机床精度奠定坚实的基础。

精度与精度保持性是数控机床的重要性能指标，也是国产数控机床的主要薄弱环节。通过现代信息化技术，对系统误差进行补偿，是一种经济有效地提高机床加工精度的方法，并正在进行推广。而如何快速、准确地获得机床各项误差，是实现上述任务的重要前提。该项目提出一种采用激光跟踪多站分时测量数控机床精度的新方法。通过一台激光跟踪仪先后在不同基站位置对机床运动部件相同运动轨迹进行测量，利用大量点云数据，实现各基站、测量点空间坐标的确定。在此基础上，对机床各单项几何误差进行辨识，最后进行机床误差补偿，从而提高机床加工精度。围绕这种新方法，本文主要研究多站分时测量算法、测量不确定评价、误差分离与补偿、快速测量等问题，并通过仿真分析与实验对理论研究的正确性进行了充分的验证。实验结果表明：一台激光跟踪仪采用多站分时测量原理在4小时内完成对一台轴数控铣床的精度检测，并分离出了铣床的各单项误差。该方法具有快速、精度高等优点，适合对中高档数控机床进行精度检测。