CQ9传奇电子 CQ9电子本文采用典型的接触式触发式探头进行离散点探测。 该探测头以正常的方向接近目标物 体表面探测。 当一个探头球与被检测对象接触时， 一个信号被发送到一台数控系统去阻止推 动并记录其在机床坐标系中的位置。 表面上的接触点的位置从机器的位置被计算出接近的方 向和校准球的半径。根据探针软件的标准程序（或[18]） ，对不同的预行程补偿变化接近的 方向。 3.探测定位误差和鉴定程序 3.1.探测模式 在[24]中， 一部分作者提出了一套切割测试模式， 通过测量试件的几何误差以确定所有 的定位误差。探测模式在这部分提出可以理解为对这些切削试验的一个简单的翻译。 图2 （a） （h） 示意图描述了提出的探测模式。 作为一个例子， 探索模式 2-a （图 2 （b） ） 将对细节描述。旋转台沿着 A 轴（A=0）被水平放置。将方柱几何学的试件放在（i）中X 位置。然后，执行一个标准的探测程序以衡量目标点的 X 方向的位置。通过 机器位置坐标系统中 X 位置。然后，在（ii）中所示由 测同一目标点（通过 指出
分更多的细节上的讨论。在图 2 所有的探测模式被表述像下面这样： 模式 1： 模式 2-a: 模式 2-b: 模式 2-c: 模式 3-a: 模式 3-b: 模式 3-c: 模式 4: 所有的符号表示在图 2(a)-(h)。上标显示模式数量。下标 1 代表旋转前的探测位置，下标 2 代表旋转后的探测位置。符号代表目标点的名义位置。函数 angle 在（13）中代表 Z 轴左右 的探测位置最小的平均线 个位置误差能通过求解方程（5）-13） 确定，如下所示：
显示工件坐标系上名义的探测点以及探测序列。 同样的探测序列被应用在工件坐标系 （I） 至 上。在（3） 和（4） 时，执行
相同的探测序列。 4. 对 于 ，在图 5 和 上 14 点在每个索引角度被探测，
在图 2（a）-（d）上，A 轴固定在 A=0 位置和 C 轴从（i） （ii）旋转 180 度。图 2（e） -（g）上，A 轴从（i） （ii）旋转-90 度。只有在图 2（h）上，Y 方向位移由用不同的 X 位 置测量试件面向轴 Z 方向来多点测量。 这是必须强调的，探测模式可以根据旋转轴的最高的旋转角度被修改。 “本组的探测模 式采取 A 轴旋转 90 度，而不是 180 度。正如[24]中已经被讨论的，当 A 轴旋转从-90 度到 90 度，所有的位置误差可以通过执行较少的探测模式被确定。 这是应当被指出的，方柱试件几何学仅仅是一个例子。许多其他的测试件，例如一圆柱 试件或球形试件都可以被使用。然而，用这样的试件模式 4 必须以某种方式被修改，因为一 个球（或圆）没有明确方向。 3.2.旋转轴位置误差的影响 表 1 中的每个探测位置误差影响作为一个例子将通过另一个探测模式 2-a（图 2（b） ） 再次被表达。定位误差假定相比试件的几何尺寸足够小。 ：A=0 时， 如图 3（a）所示，当 。 因此，我们有 相当于 C 轴平均线到从机器坐标系统原点至 X 方向偏移中心。正 存在（所有其他的定位误差均为零） ，在（ii）探测位置变成
是等价于机器坐标系中 C 轴平均线绕着 Y 轴的定位误差。假定（i） 以 给出。那么,在图 3（b）中说明，当 存在时，
可重复测量小于 1 微米的工件。许多市场的最新加工中心默认触发式探头。ISO TC39/SC2 讨论了用这种触发式探头（ISO230-10[18]）测量性能的标准化测试准则。从它的性质，触 发式探头与数控系统具有良好的沟通能力， 这可能有利于校正和补偿误差的自动化。 相比传 统的 ISO / DIS10791-1:201 和 ISO / DIS10791-6:2012 中描述的校准计划，该方法适合更 高效，自动化的定位误差校准程序，而不需要有经验的运营商执行测试。 为了实现体积的准确性日常检查，机械的加工品如球阵列或球板的探查被广泛的研究， 特别是三坐标测量机[10，19,20]。在最近的出版物[21，22]中，机床的应用已被研究。 “这 些方法的主要焦点是线性轴体积误差的校准。 艾肯等人[22]提出旋转轴的线性轴的校准， 也 只考虑旋转轴的平均线的偏移误差。 一些最新的商业的 CNC 有能力执行类似于基于探针的误 差校正。以我们的知识，也只限于偏移误差，它仅仅是旋转轴定位误差的一部分。 2.确定误差的参数和测量的设备 2.1.机器结构 本文把五轴机器结构用加标题的旋转表格描绘在图 1 上。 本机有三个线性轴驱动器 （X， Y 和 Z）和两个旋转轴驱动器（A 和 C） 。必须强调的是，本文的基本思路可以直截了当地延 伸到五轴机器的任何配置机上。 2.2.确定定位误差
关于机床及其制造的国际期刊 使用一个触觉测量探头对五轴机床上的旋转轴位置误差进行校正 聪一茨城，武行，哲松下一 微型工程处，左京区吉田本町，京都大学，京都 606-8501，日本丹 羽郡大隈株式会社，大口町，爱知县 480-0193，日本
文章信息 文章历史： 2011 年 5 月 24 日接收 收到经修订的形式在 2012 年 3 月 6 日 2012 年 3 月 7 日被接受 2012 年 3 月 21 日可在网上利用 关键词： 五轴机床 旋转轴 定位误差 触发式探头 误差校正 摘要 作为五轴加工中心提高运动精度的基础，重要的是以准确，高效，自动化的方式发展一个校 正旋转轴定位误差的方法， 这个误差是五轴运动学基本误差来源之一。 本文提出了一个校准 旋转轴的位置误差的计划， 它通过使用安装在机器的主轴触发式探头去测量。 相对于在最新 修订的 ISO 标准（ISO / DIS10791-1:2012 和 ISO / DIS 10791-6:2012）中描述的传统的 使用精密球体和一个线性位移传感器或球杆的校准计划， 这个建议的做法是更适合于高效和 自动化的定位误差校准程序， 而不需要一个有经验的运营商对程序进行测试。 校准定位误差 不确定性分析也对特别感兴趣线性轴的运动进行影响。试验示范。 2012 年教育部博士点基金有限公司版权所有 1.介绍 机床有两个倾斜的旋转轴和旋转工具或工件， 还有三个正交的线性轴， 统称位五轴联动 机床。 随着越来越需要高效能复杂几何形状的机械部件， 它们被广泛应用于各种要求较高的 加工精度的生产应用。改善他们的运动精度是市场上的关键需求。 作为改善五轴运动精度的基础，重要的是要制定一个以准确和高效的方式衡量它的方 法。ISO 10791 从-1 到-3[1]标准包含的准静态测试，以校准旋转轴的静态位置和轴平均线 的方向误差。最近，ISO TC39/SC2 已被修改为 ISO / DIS10791-1:2012[2]，这个测试可以 也适用于旋转轴在工件侧的五轴机床。在 ISO230-7[3]文献中这样的误差被称为位置误差， 或几何误差[4]， 连接误差[5]。 旋转轴的定位误差的数值补偿已经被很多研究人员证明过了。 近来一些 CNC 制造者让旋转轴体积误差补偿商业化。 但是， 实现五轴机床大量生产仍然是有 限的。一个明显的问题是缺乏一个高效，自动化的方式来校正在大规模生产线的动作误差。 已 有 许 多 关 于 校 正 旋 转 轴 定 位 误 差 的 研 究 工 作 在 文 献 上 被 报 道 [9 ， 10] 。 在 ISO/DIS10791-1:2012[2]所描述的测试使用加工品 （如精密球体或直尺） 和线性位移传感器。 可伸缩的双向球杆（DBB）的应用也已被许多研究者研究[4,11-13]。目前 ISO TC39/SC2[14] 正讨论的将被列入修订的 ISO / DIS10791-6:2012。 然而，这些测量计划的全自动化是困难的。球状结构的尺寸仅在一个方向上测量，它要求至 少有一些不同的机构以确定所有的定位误差。 它需要一个有经验的操作人员进行测试。 由维 克特[15]，布瑞曼[16]和克纳普提出的 R-测试，使用三个（或四个[16]）位移传感器来测 量三维精密球的位移 （Zargarbashi 和 Mayer[5]最近提出了一个类似的仪器， 使用非接触电 容式传感器） 测试的效率对定位误差校准的应用是一个潜在的显着的优势[16，17]。在 。R 工业应用中使用这样一个专业的需要定期检查机器精度的测量设备，用户需要更多的经验。 本文提出了一个计划， 通过使用一个安装在机床的主轴上的触发式探头来测量以校准旋 转轴所有的位置误差。近年来，可从一些供应商得到有一个定向的机床高精度触发式探针，
定位误差定义旋转轴的轴平均线的位置和方向。 ISO230-7[3]定义轴平均线作为 “位 于代表平均位置的参考坐标轴旋转轴的直线段。 ”对于机器结构，描述图 1，共 8 个位置误 差与 A 和 C 轴相联系，被展示在表 1，是足够说明的[23，4]。 本文的目的是提出了一种基于探测器校准这八个位置误差的方法。 重要的是要注意，本文假定直线轴（X，Y，Z 轴）几何误差相比较于旋转轴太小忽略不 计。正如在第一节讨论的，许多五轴误差校正方法最近已经被研究（如球杆测试和 R 测试） 。 所有的人仅测量主轴头的相对位移， 因此原则上不可能分开旋转轴和线性轴的运动误差。 要
测试程序描述如下： 1.试件被固定在机器台。该试件的上表面中心约位于机床坐标系中（X，Y，Z）=（0，-200， 170）毫米。机床坐标系的定义在 3.1 节。试件大概在机器的线.在（I） 和 时，图 5 和 6 说明的，共 28 点（12 点在上方面，每一个侧
面四个点）从表面的法线.然后，在 指引 C 轴，在图 5（II）展示探测相同的 28 点。图 6
4.实验案例研究 4.1.实验装置 目前的误差校准方案被应用到商业中等大小的五轴联动加工中心配置， 如图 1 所示。 表 2 显示了它的主要规格。一个触控探头，RMP-60 由雷尼绍公司制造[25]，用于实验。RMP-60
是一个典型机器中心的触发式探针， 它通过运动学的杆和球的布置探测联系。 直径 6 毫米的 红宝石球被用作一个探头球。表 3 列出了探头主要规格。图 4 展示了实验装置。尺寸 100*100*150 毫米大小的铝合金（JIS A5052）块作为试件。 4.2.测量程序 为了减少机床的影响或探头复性误差或试件表面几何误差， 较好的是探测多点， 取它们平均 值。出于这个原因，所有图 5 上的点均被探测。
确定旋转轴的运动误差，直线轴的静态误差运动需要通过常规测量另行预先校准（如 ISO10791-1[1]） ，并适当补偿[10]。线性轴运动误差的影响将在第 5 节讨论。
2.3.五轴机床运动学建模 本文介绍了运动学模型计算刀具中心位置是校正工件的误差的基础。 因为它的推导许多 可以被发现在以前的出版物[4，17，23]上，所以本部分只简单回顾它。 把机床坐标系定义为以 Y 轴为框架的固定坐标系。假设刀具中心位置在机床坐标系以 给出。左侧上标 r 代表在机床坐标系的一个矢量。 把工件坐标系附在旋转的转台的坐标系统上。 从工件坐标系转变到参考坐标系统的齐次 变换矩阵（HTM）由下式给出：
