一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法技术

本发明专利技术旨在提供一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，包括以下步骤：A、对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型及模型上测点的坐标和法矢方向；生成待检测曲面的NC数控检测代码；B、建立模型标准球，并生成对应于曲面上各测点的标准球上的测点及其坐标；生成实体标准球的NC数控检测代码；C、在数控机床上对实体标准球进行自动找正；D、在线检测得到实体标准球的测量坐标并进行转换后计算得到各测点对应法矢方向的测头预行程误差；E、在数控机床上对待检测的曲面零件进行自动测量，并进行补偿操作，得到各测点的最终测量坐标。该方法克服了现有技术自由曲面的在线检测中存在的检测精度低的缺点，具有步骤简单、精度高的特点。

Pretravel error compensation method for the on-line detection of CNC machine tools

The invention aims at providing pretravel error compensation method for CNC machine on-line detection, which comprises the following steps: A, with curved surface parts detection virtual surface model and model of measuring point coordinates and the normal direction of NC code generation; NC detection test surface; B, establish the model and generate the corresponding standard ball. On the surface of the measuring point and the coordinate measuring standard ball point on the NC code generation; NC detection entity standard ball; C, CNC machine tools on the real standard ball automatic alignment; D, online detection to get the entity standard ball measurement and calculation are obtained after conversion of coordinate measuring head pre travel error points corresponding to normal direction respectively; E, CNC machine tools to treat surface parts detection by automatic measurement and compensation operation, get the final measurement coordinates of each measuring point. This method overcomes the shortcomings of low precision in the on-line detection of free surface, and has the characteristics of simple steps and high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法
本专利技术涉及零件检测领域，具体涉及一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法。
技术介绍
随着航空、航天、造船、汽车及模具工业的飞速发展，曲线曲面的应用越来越广泛，对曲面零件高精度的测量的要求也越来越高，不断提高机械零件的检测精度一直是科研人员的研究热点。为了克服目前自由曲面零件检测中存在的加工精度需要在三坐标测量机(CMM)上进行离线检测的缺点，将高精度的加工精度检测过程直接在数控机床上进行，能避免了零件多次装夹所带来的定位误差，使加工和检测集成在一起。但目前针对自由曲面的在线检测精度还不是很高，为了提高检测精度需要对检测过程中的各种误差源进行补偿。在测头预行程误差方面，测头沿曲面上不同的法矢方向靠近工件，所产生的测头预行程误差各不相同，即具有各向异性。但在预行程误差的补偿过程中，目前大多数的补偿采用“等效测头半径”、“作用半径”等方法，却无法针对每一个法矢方向进行有针对性的补偿；或者采用神经网络等方法对预行程误差进行预测，但预测的可靠性不高。因此，为了提高自由曲面的数控机床在线检测的精度，研发出一种在线检测的预行程误差补偿方法是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，该方法克服了现有技术自由曲面的在线检测中存在的检测精度低的缺点，具有步骤简单、精度高的特点。本专利技术的技术方案如下：一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，包括以下步骤：A、在虚拟模型软件中对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型，在虚拟模型软件中构建测点，获得各个测点的理论坐标和理论法矢方向；根据曲面上测点坐标和法矢方向生成待检测曲面的NC数控检测代码；B、设置实体标准球，在虚拟模型软件中建立对应的虚拟模型标准球，根据虚拟曲面模型的各个测点的的理论坐标和理论法矢方向，在虚拟模型标准球中生成一一对应的测点；根据虚拟模型标准球上各个测点的坐标和法矢方向，生成实体标准球的NC数控检测代码；C、采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动找正，建立以实体标准球的球心为原点的标准球坐标系；D、根据模型标准球的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动测量，得到实体标准球的各个测点的测试坐标，根据步骤C获得实体标准球的球心坐标，将各个测点的测试坐标换算成标准球坐标系的坐标，从而获得各个测试点的实体标准球坐标；将实体标准球坐标与模型标准球上对应测点的坐标相比较，得到各测点的法矢方向的测头预行程误差；E、根据待检测曲面的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对待检测的曲面零件进行自动测量，得到待检测曲面各测点的测量坐标；将待检测曲面各测点的测量坐标，按照法矢方向的测头预行程误差进行补偿，同时进行测头半径补偿，得到待检测曲面各测点的最终测量坐标。优选地，所述的步骤A具体：对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型，在虚拟模型软件中设置测点的行、列数量以及测点的排列方式自动构建测点，获得各个测点的理论坐标和理论法矢方向；根据曲面上测点理论坐标和理论法矢方向，自动编程生成待检测曲面的NC数控检测代码。优选地，所述的步骤B中映射关系公式为：Pb(x，y，z)＝R·N(1)；式中，Pb(x，y，z)为模型标准球上各测点的坐标，R为模型标准球的半径，N为与模型标准球上测点对应的曲面上测点Q(x，y，z)的法矢方向。优选地，所述步骤E中各测点的测头预行程误差补偿公式为：(x，y，z)＝(x′，y′，z′)+δ·N(2)；式中，(x’，y’，z’)为该测点的测量数据坐标，N为该测点的法矢方向，δ为对应法矢方向的预行程误差，(x，y，z)为该测点的最终测量数据。优选地，所述的虚拟模型软件为Unigraphics。本专利技术通过将标准球上各对应测点的法矢方向的预行程误差与曲面检测的各测点的法矢方向预行程误差进行一一对应，通过对标准球检测得到的预行程误差对曲面检测的各测点坐标进行预行程补偿，步骤简单且精度高，避免了现有技术方案中对所有法矢方向仅仅采用“等效测头半径”或“作用半径”作为预行程补偿导致检测精度低的缺点，同时避免了采用人工神经网络等方法进行预行程误差预测导致测量可靠性差的缺点。附图说明图1为本专利技术提供的数控机床在线检测的预行程误差补偿方法图2为曲面上测点的部分理论坐标和理论法矢方向数据图3为待检测曲面的部分NC数控检测代码图4为模型标准球上测点的部分坐标和法矢方向图5为模型标准球的部分NC数控检测代码图6为实体标准球的部分转换测点坐标图7为部分测点对应法矢方向的测头预行程误差图8为待检测曲面部分测点的测量坐标图9为待检测曲面部分测点的最终测量坐标图10为高精度三坐标测量机的与实施例1相对应的部分测点的测量坐标具体实施方式下面结合附图和实施例具体说明本专利技术。实施例1本实施例提供的数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，包括以下步骤：A、对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型，在虚拟模型软件中构建测点，获得各个测点的理论坐标和理论法矢方向；根据曲面上测点坐标和法矢方向生成待检测曲面的NC数控检测代码；所述的步骤A具体：对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型，在虚拟模型软件中设置测点的行、列数量以及测点的排列方式自动构建测点，获得各个测点的理论坐标和理论法矢方向；根据曲面上测点理论坐标和理论法矢方向，自动编程生成待检测曲面的NC数控检测代码；本实施例的测点行数为30行，列数为30列，排列方式为等间距；曲面上测点的部分理论坐标和理论法矢方向如图2所示，待检测曲面的部分NC数控检测代码如图3所示；B、设置实体标准球，在虚拟模型软件中建立对应的虚拟模型标准球，本实施例采用CAD软件进行模型建立，根据虚拟曲面模型的各个测点的的理论坐标和理论法矢方向，在虚拟模型标准球中生成一一对应的测点；根据虚拟模型标准球上各个测点的坐标和法矢方向，生成实体标准球的NC数控检测代码；本实施例采用的标准球直径为19.9995mm，圆度误差为1μm，模型标准球上测点的部分坐标和法矢方向如图4所示；实体标准球的部分NC数控检测代码如图5所示；所述的步骤B中映射关系公式为：Pb(x，y，z)＝R·N(1)；式中，Pb(x，y，z)为模型标准球上各测点的坐标，R为模型标准球的半径，N为与模型标准球上测点对应的曲面上测点Q(x，y，z)的法矢方向；C、采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动找正，建立以实体标准球的球心为原点的标准球坐标系；本实施例采用的测头半径为2.5mm，机床坐标系中球心坐标为(335.432，-181.661，-266.109)；D、根据模型标准球的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动测量，得到实体标准球的各个测点的测试坐标，根据步骤C获得实体标准球的球心坐标，将各个测点的测试坐标换算成标准球坐标系的坐标，从而获得各个测试点的实体标准球坐标；将实体标准球坐标与模型标准球上对应测点的坐标相比较，得到各测点的法矢方向的测头预行程误差；实体标准球的部分转换测点坐标如图6所示；部分测点对应法矢方向的测头预行程误差如图7所示；E、根据待检测曲面的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对待检测的曲面零件进行自动测量，得到待检测曲面各测点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，其特征在于包括以下步骤：A、在虚拟模型软件中对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型，在虚拟模型软件中构建测点，获得各个测点的理论坐标和理论法矢方向；根据曲面上测点坐标和法矢方向生成待检测曲面的NC数控检测代码；B、设置实体标准球，在虚拟模型软件中建立对应的虚拟模型标准球，根据虚拟曲面模型的各个测点的的理论坐标和理论法矢方向，在虚拟模型标准球中生成一一对应的测点；根据虚拟模型标准球上各个测点的坐标和法矢方向，生成实体标准球的NC数控检测代码；C、采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动找正，建立以实体标准球的球心为原点的标准球坐标系；D、根据模型标准球的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动测量，得到实体标准球的各个测点的测试坐标，根据步骤C获得实体标准球的球心坐标，将各个测点的测试坐标换算成标准球坐标系的坐标，从而获得各个测试点的实体标准球坐标；将实体标准球坐标与模型标准球上对应测点的坐标相比较，得到各测点的法矢方向的测头预行程误差；E、根据待检测曲面的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对待检测的曲面零件进行自动测量，得到待检测曲面各测点的测量坐标；将待检测曲面各测点的测量坐标，按照法矢方向的测头预行程误差进行补偿，同时进行测头半径补偿，得到待检测曲面各测点的最终测量坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，其特征在于包括以下步骤：A、在虚拟模型软件中对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型，在虚拟模型软件中构建测点，获得各个测点的理论坐标和理论法矢方向；根据曲面上测点坐标和法矢方向生成待检测曲面的NC数控检测代码；B、设置实体标准球，在虚拟模型软件中建立对应的虚拟模型标准球，根据虚拟曲面模型的各个测点的的理论坐标和理论法矢方向，在虚拟模型标准球中生成一一对应的测点；根据虚拟模型标准球上各个测点的坐标和法矢方向，生成实体标准球的NC数控检测代码；C、采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动找正，建立以实体标准球的球心为原点的标准球坐标系；D、根据模型标准球的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对实体标准球进行自动测量，得到实体标准球的各个测点的测试坐标，根据步骤C获得实体标准球的球心坐标，将各个测点的测试坐标换算成标准球坐标系的坐标，从而获得各个测试点的实体标准球坐标；将实体标准球坐标与模型标准球上对应测点的坐标相比较，得到各测点的法矢方向的测头预行程误差；E、根据待检测曲面的NC数控检测代码，采用在线检测测头，在数控机床上对待检测的曲面零件进行自动测量，得到待检测曲面各测点的测量坐标；将待检测曲面各测点的测量坐标，按照法矢方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岳坪，张安社，周晓慧，汤慧，方瑞，谢梦敏，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45