一种采用球头位移传感器的接触式R-Test仪器标定方法技术

本发明专利技术公开了一种采用球头位移传感器的接触式R

【技术实现步骤摘要】
一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法


[0001]本专利技术属于R
‑
Test仪器标定的
，具体涉及一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法。

技术介绍

[0002]五轴数控机床旋转轴因制造、装配、机械磨损等因素的影响，使得机床旋转轴精度随应用时间的增加而不断降低。R
‑
Test测量仪专用于旋转轴几何误差的测量，利用五轴机床的RTCP功能，可以实时获取安装在机床主轴上精密测量球相对于工作台的三维位移误差从而辨识计算旋转轴的几何误差。R
‑
Test测量仪具有高精度、高效率和结构简单等优点，可以满足五轴机床旋转轴的几何误差测量要求。
[0003]目前，R
‑
Test测量仪分为接触式和非接触式，非接触式采用的激光位移传感器，造价相对较高且易受到外界环境的影响，因此主要讨论接触式位移传感器在R
‑
test中的应用。接触式位移传感器根据传感器的配置又分为球头接触和平头接触两种，在平头接触的相关研究中，李亮亮等人(李亮亮，杜正春.一种新型五轴加工中心误差测量装置的模型分析[J].上海交通大学学报，2013,47(11):1801
‑
1806)针对采用平头位移传感器的R
‑
test，建立了考虑角度误差的传感器读数与精密球心坐标之间的数据转换模型，但无法直接用于球头位移传感器的误差标定。在球头接触的相关研究中，彭炳康等人(彭炳康等.接触式R
‑
test测量仪的标定和球心坐标计算方法研究[J].机械科学与技术，2020，39(9):1385
‑
1389)通过构建矢量方程组得到传感器位置的标定方程组，并利用差分进化算法求解标定方程组实现对球头位移传感器的标定工作；刘大炜等人(刘大炜等.一种R
‑
test球头球心检测装置结构优化设计方法[J].机械工程学报,2016)同样构建了标准球与球头位移传感器之间的数学关系，然而两种构建方法均是基于位移传感器理想安装模式下的方程建立，代入的结构参数与实际装配后的结构参数略有差异，并未考虑传感器装配误差的干扰，如传感器轴线实际不相交于一点，标准球球心未与传感器交点重合等等，其标定精度仅在局部范围有效，难以保证大范围检测时的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法，考虑了位置传感器装配过程可能出现的误差，实现了接触式R
‑
Test仪器的高精度标定检测。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法，基于带有三个位移传感器的R
‑
Test仪器与标准球实现，包括以下步骤：
[0007]步骤1、对应标准球设置三个位移传感器，并使得标准球与三个位移传感器的测量端相切，然后以标准球的球心为原点建立测量坐标系；
[0008]步骤2、模拟建立三个位移传感器的实际位移传感器位姿向量，模拟建立标准球的
实际初始球心坐标向量；在测量坐标系下移动标准球，在移动过程中始终保持标准球与三个位移传感器的测量端相切，读取三个位移传感器的位移读数；
[0009]步骤3、根据实际位移传感器位姿向量、实际初始球心坐标向量、位移读数拟合得到三个位移传感器的拟合传感器球心坐标，同时读取标准球在测量坐标系中移动过程中的实际球心坐标；
[0010]步骤4、根据标准球在移动过程中始终与三个位移传感器的测量端相切的位姿关系，建立拟合传感器球心坐标与实际球心坐标之间的位姿关系模型；
[0011]步骤5、根据位姿关系模型建立传感器球心坐标优化函数，采用群体智能搜索算法根据传感器球心坐标优化函数进行传感器球心迭代标定。
[0012]为了更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤3中拟合得到拟合传感器球心坐标如下：
[0013][0014]其中：P
ij
为拟合传感器球心坐标；P
i0
为实际初始球心坐标向量；V
ri
为实际位移传感器位姿向量；Δl
ij
为位移读数。
[0015]为了更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤4中的位姿关系模型如下：
[0016][0017]其中：O
j
为实际球心坐标；R为标准球的半径；r为位移传感器的测量端球头的半径。
[0018]为了更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤5包括以下步骤：
[0019]步骤5.1、建立位姿关系模型的残差模型；
[0020]步骤5.2、根据建立的残差模型建立传感器球心坐标优化函数；
[0021]步骤5.3、设置群体智能搜索算法的迭代初值；
[0022]步骤5.4、采用群体智能搜索算法根据传感器球心坐标优化函数对传感器球心迭代标定。
[0023]为了更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤5.1中建立的残差模型如下：
[0024]f
j
(I
i
，J
i
，K
i
，x
io
，y
io
，z
io
)＝(x
io
+I
i
·
Δl
ij
‑
x
j
)2+(y
io
+J
i
·
Δl
ij
‑
y
j
)2+(z
io
+K
i
·
Δl
ij
‑
z
j
)2‑
(R+r)2。
[0025]为了更好的实现本专利技术，进一步地，步骤5.2中建立的传感器球心坐标优化函数如下：
[0026][0027]为了更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤5.3设置群体智能搜索算法的迭代初值包括如下步骤：
[0028]步骤5.3.1、根据实际球心坐标O
j
＝(x
j
，y
j
，z
j
)组成第一矩阵N；
[0029]步骤5.3.2、根据位移读数Δl
ij
组成第二矩阵M；
[0030]步骤5.3.3、采用最小二乘法将第一矩阵与第二矩阵拟合得到群体智能搜索算法
的迭代初值矩阵，根据迭代初值矩阵得到实际位移传感器位姿向量的初始迭代值以及实际初始球心坐标向量的初始迭代值。
[0031]为了更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤5.3.3中得到的迭代初值矩阵如下：
[0032]V＝(N
T
N)
‑1(N
T
M)；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法，基于带有三个位移传感器的R
‑
Test仪器与标准球实现，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对应标准球设置三个位移传感器，并使得标准球与三个位移传感器的测量端相切，然后以标准球的球心为原点建立测量坐标系；步骤2、模拟建立三个位移传感器的实际位移传感器位姿向量，模拟建立标准球的实际初始球心坐标向量；在测量坐标系下移动标准球，在移动过程中始终保持标准球与三个位移传感器的测量端相切，读取三个位移传感器的位移读数；步骤3、根据实际位移传感器位姿向量、实际初始球心坐标向量、位移读数拟合得到三个位移传感器的拟合传感器球心坐标，同时读取标准球在测量坐标系中移动过程中的实际球心坐标；步骤4、根据标准球在移动过程中始终与三个位移传感器的测量端相切的位姿关系，建立拟合传感器球心坐标与实际球心坐标之间的位姿关系模型；步骤5、根据位姿关系模型建立传感器球心坐标优化函数，采用群体智能搜索算法根据传感器球心坐标优化函数进行传感器球心迭代标定。2.根据权利要求1所述的一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法，其特征在于，所述步骤3中拟合得到拟合传感器球心坐标如下：其中：P
ij
为拟合传感器球心坐标；P
i0
为实际初始球心坐标向量；V
ri
为实际位移传感器位姿向量；Δl
ij
为位移读数。3.根据权利要求2所述的一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法，其特征在于，所述步骤4中的位姿关系模型如下：其中：O
j
为实际球心坐标；R为标准球的半径；r为位移传感器的测量端球头的半径。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：步骤5.1、建立位姿关系模型的残差模型；步骤5.2、根据建立的残差模型建立传感器球心坐标优化函数；步骤5.3、设置群体智能搜索算法的迭代初值；步骤5.4、采用群体智能搜索算法根据传感器球心坐标优化函数进行传感器球心迭代标定。5.根据权利要求4所述的一种采用球头位移传感器的接触式R
‑
Test仪器标定方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋云峰，朱绍维，陶文坚，牟文平，宋智勇，李卫东，李连玉，楚王伟，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：