文章利用在机测量运动链分析，提高测头球心的定位精度；同时以特征分析法来处理测头的内部误差。通过补偿前后与三坐标测量机的实验数据对比，结果表明补偿效果良好。
关键词 在线检测 误差补偿 数控机床
Application of Error compensation Technique for NC Machine
ToolsCompensating Technique for Improving On-line Inspecting Accuracy
Zhang Qing, et al
Abstract:The manufacture proceeding is of high integration and flexibility. It is emphasized how to percerve high efficiency of manufacture system and reduce the waste products. The technique of on-line ispection is one of the most important meanings for monitoring the cutting procedure. The kinematics chain of on-line inspection is discussed, so as to enhance the positioning accuracy of the ballcenter of a probe, meanwhile, the system error of a probe is treated by means of the method of feature analysis. Compared the testing data with and without compensation with measured data on CMM, the result shows that the compensative effect is good.
Key Words: On-line Instection, Error Compensation, NC Machine Tools
1 概述
加工过程的质量监测问题一直受到人们的重视。制造业如何以低成本、高精度和灵活多变的柔性加工技术迎接二十一世纪的挑战也是人们关心的问题。质量监控是现代加工技术的重要组成部分，作为加工过程监测手段的在机测头，可对工件安装定位、对刀、刀具磨损或破损以及加工件的形位尺寸等进行有效的监控。目前针对测量精度问题的研究主要集中在如何提高测头系统的精度［5］，当测头作为在机测量工具时，机床的坐标精度直接影响测量精度。本文通过在机测量
过程机床运动链分析，并以特征分析法来处理测头的内部误差，用软件补偿法提高测量精度。
在线检测过程的运动链与加工过程相似，其区别是将刀具替换成测头。根据机床几何误差补偿技术分析，将包括机床在内的在机测量系统抽象提炼，以低序体阵列形式描述机床拓补结构，通过相邻体的基本变换（包括位置变换矩阵和位移变换矩阵），其形式为（其中：c=cos,s=sin;αk、βk、γk为坐标系间的相对方位角）
构成计算测头测球中心定位误差模型为
式中：
表示多体系统低序体的连乘，
为测头测球中心相对于刀具坐标系的坐标值。
基本变换中的误差参数主要为机床的几何误差，通过参数辨识的方法（也可采用双频激光测距仪直接测量）获得［6］。
3 基于特征测头误差处理技术
在机测头测量的基本要素为点、线、面，由此构成形位尺寸的测量。在测量过程中，机床坐标反映的测头测球位置，当处理和补偿测头误差时，以测点的法线方向为依据，获得对测头精度最大的影响因素—预行程误差（死区误差），其它的误差项如动态误差、重复精度等误差通过多次测量减小其影响。
3.1 测量类型
1）基本测量：主要包括点、线、直线距离和坐标系。
2）简单组合测量：主要包括键槽、台阶、长方孔、圆心及直径、椭圆、扇形、角度。
3）空间基本测量：
球 球心及椭圆度
圆柱 不同高度的圆度，中心坐标
圆锥 高度、母线测量
曲线测量 平面曲线测量
空间曲线测量 基于网格的测量
3.2 特征描述
几何特征：内凹、外凸。
位置特征：
方向 X，Y，Z
基平面 XY，YZ，ZX，XYZ
3.3 测量及误差处理技术
（1）测量过程
以下为测量Z方向一个点的程序段：
- (程序头）
G31 G91 Z-10.F30;(以30mm/min的速度测量，此前刀具已定位到测头上方）
