【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超精密加工，具体而言，涉及一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法。
技术介绍
1、在国防军事、航空航天、电子信息等领域，随着设备的升级换代，各种精密化、小型化、一体化的复杂微小构件得到了广泛的应用，其制造实现性及加工精度与装备的使役性能及加工精度息息相关。在能源探究领域，一类直径数毫米、壳层厚度几十微米的薄壁球壳类微小构件应用广泛，需要在其表面加工出数十个至百余个特征尺寸在微米量级的微坑结构，并对加工精度及表面质量有着较高的要求。基于超精五轴联动机床，结合特定的微小构件超精密加工工艺，才能满足相应的加工要求。
2、超精五轴联动是超精密加工工艺中难度最大、控制轴数最多的设备，其加工精度直径影响着工件的表面质量。影响机床精度的因素有很多，包括加工原理误差、几何误差、热变形及刀具磨损以及工况环境、人为因素等。其中，温度、湿度等工况条件及人为干扰等外在因素均可以通过对环境条件进行严格控制而消除或保持在较小范围内。而在加工原理误差、几何误差、热变形及刀具磨损等内部因素中，几何误差占据了较大比重，尤其是工件回转轴存在的安装误差，将直接反映在工件已加工表面上，影响加工表面质量。而现有的超精五轴联动机床加工工艺中，将坐标轴误差标定尤其是回转轴误差标定与补偿和加工对刀糅为一体，通过ccd对刀工艺消除加工前视野中存在的狭小误差；由于在后续程序编辑时，回转轴安装误差直接导致坐标系原点出现偏差，由此误差直接映射到后续的加工轨迹中，通过ccd对刀工艺未能消除回转轴存在的安装误差，导致工件的加工精度及表面
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、现有方法回转轴安装误差直接导致坐标系原点出现偏差，安装误差直接映射到后续的加工轨迹中，通过对刀工艺无法消除。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，该方法基于超精五轴联动机床，包括三个直线运动轴x轴运动单元、y轴运动单元和z轴运动单元，两个旋转轴b轴回转台和气浮工件c轴，还包括工具主轴、水平ccd相机和竖直ccd相机，x轴运动单元和z轴运动单元水平方向相互垂直设置，y轴运动单元垂直设置在x轴运动单元导轨上，气浮工件c轴安装于y轴运动单元中部，b轴回转台安装在z轴运动单元中部，工具主轴安装于b轴回转台上方，与气浮工件c轴相对设置，水平ccd相机安装在b轴回转台上，镜头轴线指向加工工具球头球心；竖直ccd相机安装在y轴运动单元上，位于气浮工件c轴的上方；
5、所述方法针对刚体复杂微构件，包括如下步骤：
6、步骤a1、将复杂微构件装夹在气浮工件c轴上，将加工工具安装在工具主轴上；
7、步骤a2、测量加工工具球头球心与机床b轴回转台轴线所在直线之间的距离l1；
8、步骤a3、将机床各轴初始化设置，控制b轴回转台顺时针转动90°，调节x轴运动单元、y轴运动单元和z轴运动单元并通过竖直ccd相机和水平ccd相机观察使加工工具与复杂微构件刚好接触，得到x轴运动单元移动的距离为x1，并提取复杂微构件半径r1；
9、步骤a4、根据回转轴安装误差δ与复杂微构件半径r1、加工工具球头球心与机床b轴回转台轴线所在直线之间的距离l1、加工工具球头半径r1及x轴运动单元移动的距离x1之间的几何关系，对复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差δ进行求解；
10、步骤a5、根据得到的回转轴安装误差δ，将机床初始化原点b轴回转台中心位置沿x轴方向补偿-δ；
11、所述方法针对弱刚度复杂微构件，包括如下步骤：
12、步骤b1、将复杂微构件装夹在气浮工件c轴上，将加工工具安装在工具主轴上；
13、步骤b2、测量加工工具球头球心与机床b轴回转台轴线所在直线之间的距离l1；
14、步骤b3、将机床各轴初始化设置，控制b轴回转台顺时针转动90°，调节x轴运动单元、y轴运动单元和z轴运动单元并通过竖直ccd相机和水平ccd相机观察使加工工具与复杂微构件刚好接触，记录x轴运动单元移动的距离为x1，并提取复杂微构件半径r1，记因加工工具/复杂微构件弱刚性及接触过程中弹性变形引入的误差为ε；
15、步骤b4、再将机床各轴初始化设置，控制b轴回转台逆时针转动90°，调节x轴运动单元、y轴运动单元和z轴运动单元并通过竖直ccd相机和水平ccd相机观察使加工工具与复杂微构件刚好接触，记录x轴运动单元移动的距离为x2，并提取复杂微构件半径r2；
16、步骤b5、根据回转轴安装误差δ与顺时针旋转复杂微构件半径r1、加工工具球头球心与机床b轴回转台轴线所在直线之间的距离l1、加工工具球头半径r1、弹性变形引入的误差为ε及x轴运动单元移动的距离x1之间的几何关系，以及与逆时针旋转复杂微构件半径r2、加工工具球头球心与机床b轴回转台轴线所在直线之间的距离l1、加工工具球头半径r1、弹性变形引入的误差为ε及x轴运动单元移动的距离x2之间的几何关系，对复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差δ进行求解；
17、步骤b6、根据得到的回转轴安装误差δ，将机床初始化原点b轴回转台中心位置沿x轴方向补偿-δ。
18、进一步地，步骤a4中采用如下关系式对复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差δ进行求解；
19、x1+δ＝l1+r1+r1。
20、进一步地，步骤b5中采用如下关系式对复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差δ进行求解；
21、
22、进一步地，所述竖直ccd相机和所述水平ccd相机的像素均为2600万。
23、进一步地，步骤a3、b3和b4中提取复杂微构件半径的方法为：通过竖直ccd相机获取加工工具-复杂微构件接触区域图像，对图像进行灰度化处理，将构件与图像背景分隔开，最后采用经典霍夫变换方法提取复杂微构件半径。
24、进一步地，所述对图像进行灰度化处理具体为：对图像中r、g和b分量进行加权平均得到灰度值gray(m,n)；
25、对灰色图像进行二值化处理，将构件与图像背景分隔开，再采用canny边缘检测算子，利用高斯滤波器对图像进行滤波，经过sobel水平和竖直两个方向检测算子对图像进行卷积，计算方向角和梯度，对工件的圆弧轮廓边缘进行提取；
26、采用经典霍夫变化方法，将图像中的每一条直线与一对参数(ρ,θ)相关联，ρ表示霍夫空间中，以像素为单位的直线距离原点的精度，θ表示霍夫空间中直线旋转角度的精度，参数(ρ,θ)形成霍夫平面，通过霍夫变换，将图像空间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，该方法基于超精五轴联动机床，包括三个直线运动轴X轴运动单元(11)、Y轴运动单元(8)和Z轴运动单元(2)，两个旋转轴B轴回转台(3)和气浮工件C轴(10)，还包括工具主轴(4)、水平CCD相机(5)和竖直CCD相机(7)，X轴运动单元(11)和Z轴运动单元(2)水平方向相互垂直设置，Y轴运动单元(8)垂直设置在X轴运动单元(11)导轨上，气浮工件C轴(10)安装于Y轴运动单元中部，B轴回转台(3)安装在Z轴运动单元(2)中部，工具主轴(4)安装于B轴回转台(3)上方，与气浮工件C轴(10)相对设置，水平CCD相机(5)安装在B轴回转台(3)上，镜头轴线指向加工工具球头球心；竖直CCD相机(7)安装在Y轴运动单元(8)上，位于气浮工件C轴(10)的上方；
2.根据权利要求1所述的一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，步骤A4中采用如下关系式对复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差δ进行求解；
3.根据权利要求2所述的一种复杂微构
4.根据权利要求1所述的一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，所述竖直CCD相机(7)和所述水平CCD相机(5)的像素均为2600万。
5.根据权利要求1所述的一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，步骤A3、B3和B4中提取复杂微构件半径的方法为：通过竖直CCD相机(7)获取加工工具-复杂微构件接触区域图像，对图像进行灰度化处理，将构件与图像背景分隔开，最后采用经典霍夫变换方法提取复杂微构件半径。
6.根据权利要求5所述的一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，所述对图像进行灰度化处理具体为：对图像中R、G和B分量进行加权平均得到灰度值Gray(m,n)；
...【技术特征摘要】
1.一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，该方法基于超精五轴联动机床，包括三个直线运动轴x轴运动单元(11)、y轴运动单元(8)和z轴运动单元(2)，两个旋转轴b轴回转台(3)和气浮工件c轴(10)，还包括工具主轴(4)、水平ccd相机(5)和竖直ccd相机(7)，x轴运动单元(11)和z轴运动单元(2)水平方向相互垂直设置，y轴运动单元(8)垂直设置在x轴运动单元(11)导轨上，气浮工件c轴(10)安装于y轴运动单元中部，b轴回转台(3)安装在z轴运动单元(2)中部，工具主轴(4)安装于b轴回转台(3)上方，与气浮工件c轴(10)相对设置，水平ccd相机(5)安装在b轴回转台(3)上，镜头轴线指向加工工具球头球心；竖直ccd相机(7)安装在y轴运动单元(8)上，位于气浮工件c轴(10)的上方；
2.根据权利要求1所述的一种复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差标定与补偿方法，其特征在于，步骤a4中采用如下关系式对复杂微构件加工用超精五轴联动机床回转轴安装误差...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明君，郭锐阳，于天宇，周星颖，王广洲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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