仪器仪表学报

作者：刘文正，蓝金风，唐传智，胡宏伟，段发阶

单位：刘文正,长沙理工大学机械与运载工程学院长沙410076,,蓝金风,长沙理工大学机械与运载工程学院长沙410076,,唐传智,长沙理工大学机械与运载工程学院长沙410076,,胡宏伟,长沙理工大学机械与运载工程学院长沙410076,,段发阶,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,fjduan@tju.edu.cn,

关键词：大型数控机床;体积误差;激光多自由度;模型优化;光束漂移

基金：湖南省自然科学基金（2024JJ6047）项目资助

大型数控机床导轨行程长，工业现场环境扰动复杂，现有体积误差检测方法普遍存在精度低、效率低等问题。为此，提出了一种基于光束漂移补偿与模型优化的大型机床体积误差测量方法。针对长距离测量中光束漂移导致的精度下降问题，从光束偏振态差异性出发，提出了参考光与测量光共路传输、分束检测的角漂差分补偿方法。同时，分析了双光束不平行对滚转角测量的影响，利用角锥棱镜的逆向反射特性构建了高平行度双光束生成模块。在此基础上，研制了五自由度(5-DOF)误差在线测量系统，实现了机床单轴几何误差的高精度、高效率获取。为进一步提升大型机床体积误差模型的精度与适用性，从齐次变换模型出发，引入了由误差测量轴与运动轴不共线所导致的Abbe误差和Bryan误差的影响机制，并据此构建了适用于各类三轴机床的优化体积误差模型。在实验室与工业现场分别开展了测量系统性能测试和机床体积误差测量补偿实验。结果表明，在3m测量范围内，5-DOF测量系统的角度误差标准差<0.5″，直线度误差标准差<0.6μm；经误差测量与补偿后，机床对角线定位误差降低了51.6%。该方法能够实现大型机床体积误差的精密在线测量与主动补偿，具备良好的工业应用前景。

来源：2025年第11期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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