本发明涉及机械和数控机床领域，具体地，涉及一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法及系统。
背景技术：
1、火箭贮箱箱底是运载火箭的主体结构，是影响全箭稳定性的关键部件，整体箱底相比于现在普遍采用的“分块成形+焊接”的结构具有尺寸精度高、可靠性高的特点，然而整体箱底巨大的径厚比，属于大型超薄零件，镜像铣加工方法是目前唯一可行的加工手段。镜像铣机床由双侧的五轴机床组成，在加工过程中，一侧进行铣削，另一侧进行支撑，需要始终在工件两侧保持相对的镜像同步运动。由于其特有的运动形式，单侧五轴系统的绝对精度十分重要，支撑侧五轴相对于铣削侧的高精度同步同轴运动也同样重要。同步误差表现为两侧机床末端刀尖点位置误差，而同轴误差则表现为两侧的刀轴方向误差，直接影响箱底零件的壁厚加工精度。为提升箱底镜像铣机床的加工精度，因此本发明拟申请一种用于双五轴箱底镜像铣机床同步同轴误差的测量方法，对箱底镜像铣机床的同步同轴误差进行测量，以提升箱底镜像铣机床的的运动精度。
2、在专利cn110539020a公开了一种双五轴镜像铣机床的精度自诊断方法，使用三坐标测头、球杆仪、线激光轮廓仪分别诊断机床几何精度、空间轮廓精度、测控传感器精度的精度，实现了机床运行健康状态自评估，在该方法中评估了机床自身的准静态以及动态精度，并未实现对镜像铣机床的同步同轴精度进行评估。在专利cn108614520a中公开了一种镜像铣系统的五轴结构误差测量方法、系统及装置，通过集成在镜像铣加工头上的位移测量装置以及机床几何运动模型，实现了动态误差的计算与反馈补偿，提升了镜像铣机床的同步运动精度，未建立同步同轴的误差模型，仍以提升五轴结构的绝对精度而间接保证同步同轴精度。
3、现有箱底镜像铣的精度主要关注单侧五轴系统的绝对精度，而缺少双五轴同步同轴精度的直接测量手段。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法及系统。
2、根据本发明提供的一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，包括：
3、步骤s1：采用五个位移传感器同时测量同步运动中的刀尖点和刀轴方向误差，基于旋量理论建立双五轴镜像铣机床的正向运动学模型，正向运动学模型基于双五轴机床独有的同步同轴约束用于测量轨迹生成；
4、步骤s2：使用基于刀轴测量的同步同轴误差直接测量方法，提升对同轴误差的测量精度和效率。
5、优选地，在所述步骤s1中：
6、正向运动学模型建立：
7、基于旋量理论的传动链建模，系统包括一个双摆头卧式结构的五轴机作为铣削侧和一个双摆头结构卧式五轴机床作为支撑侧，机床的参考坐标系wcs固定在机床的床身上，铣削侧末端固定有一个刀具坐标系tcs随铣削侧运动，支撑侧末端固定有一个支撑坐标系scs随支撑侧运动，基于旋量理论建立铣削侧、支撑侧以及同步同轴运动链，公式表示如下：
8、
9、其中，[gbt]和[gbs]分别是从刀具坐标系tcs和支撑侧坐标系scs到参考坐标系wcs的运动链，[gst]是从刀具坐标系到支撑侧坐标系的运动链，[gbt(0)]和[gbs(0)]是相对于wcs的tcs和scs的初始矩阵；为旋量，x1，y1，z1，c1，a1分别表示铣削侧各运动轴的位置，x2，y2，z2，c2，a2分别表示支撑侧各运动轴的位置。
10、优选地，使用从铣削侧到支撑侧的闭环运动链建立同步同轴建模，名义的同步运动矩阵qsynchronous表示为：
11、
12、其中pst和ost分别表示3×1的名义位置和角度矩阵；qt0为铣削侧五轴机床末端初始位置和刀轴方向，qst为名义的同步运动矩阵；
13、
14、其中，etcp和etad分别表示同步同轴运动过程中的刀尖点位置和刀轴方向误差,和分别表示受几何、温度、伺服等多个误差源的影响的实际位置和角度矩阵。
15、优选地，在所述步骤s2中：
16、根据理论运动轨迹生成数控测量程序，并导入至数控系统，数控系统运行测量程序，测量装置实时记录测量数据，得到双五轴机床的实际刀位点和刀轴方向(pa,oa)；基于双五轴的机床运动链和理论测量轨迹得到名义的刀位点和刀轴方向(p,o)，基于同步同轴模型得到双五轴机床的尖点位置和刀轴方向误差；
17、在双五轴运动学模型基础上提出针对双五轴机床在同步同轴运动过程中3自由度的同步位置误差以及2自由度的同轴误差的同时测量方法，通过三个空间阵列排布的位移传感器实时测量刀尖点处高精度标准球的位置偏差，通过标定算法得到刀尖点中心球心的空间三坐标误差信息；对于同轴误差，通过另外的两个位移传感器同时测量刀轴点处标准球的球心空间坐标；刀尖点和刀轴点测量值的差值反映角度误差的影响，根据不同球心点的位置误差计算出同轴误差。
18、优选地，坐标系标定：
19、在测量前标定测量坐标系，得到测量坐标系到机床参考坐标系的变换矩阵，将机床的旋转轴置于零点位置，将标准双球杆安装在铣削侧主轴上，通过百分表和千分表调整标准球的轴线双自由度微调机构保证双标准球的球心与主轴轴线同轴，将电涡流传感器阵列通过固定工装安装在初始位置的支撑侧末端；移动铣削侧末端空间位置，使两个标准球保持在传感器阵列的测量范围内，调整五个传感器的位置，使双球保持在传感器的测量范围中间区间内，并将其设置为五个位移传感器的零位置；
20、同步同轴误差测量：
21、根据理论运动轨迹生成数控测量程序，并导入至数控系统，数控系统运行测量程序，测量装置实时记录测量数据，得到双五轴机床的实际刀位点和刀轴方向，基于双五轴的机床运动链和理论测量轨迹得到名义的刀位点和刀轴方向(p,o)，基于同步同轴模型得到双五轴机床的尖点位置和刀轴方向误差。
22、根据本发明提供的一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量系统，包括：
23、模块m1：采用五个位移传感器同时测量同步运动中的刀尖点和刀轴方向误差，基于旋量理论建立双五轴镜像铣机床的正向运动学模型，正向运动学模型基于双五轴机床独有的同步同轴约束用于测量轨迹生成；
24、模块m2：使用基于刀轴测量的同步同轴误差直接测量方法，提升对同轴误差的测量精度和效率。
25、优选地，在所述模块m1中：
26、正向运动学模型建立：
27、基于旋量理论的传动链建模，系统包括一个双摆头卧式结构的五轴机作为铣削侧和一个双摆头结构卧式五轴机床作为支撑侧，机床的参考坐标系wcs固定在机床的床身上，铣削侧末端固定有一个刀具坐标系tcs随铣削侧运动，支撑侧末端固定有一个支撑坐标系scs随支撑侧运动，基于旋量理论建立铣削侧、支撑侧以及同步同轴运动链，公式表示如下：
28、
29、其中，[gbt]和[gbs]分别是从刀具坐标系tcs和支撑侧坐标系scs到参考坐标系wcs的运动链，[gst]是从刀具坐标系到支撑侧坐标系的运动链，[gbt(0)]和[gbs(0)]是相对于wcs的tcs和scs的初始矩阵；为旋量，x1，y1，z1，c1，a1分别表示铣削侧各运动轴的位置，x2，y2，z2，c2，a2分别表示支撑侧各运动轴的位置。
30、优选地，使用从铣削侧到支撑侧的闭环运动链建立同步同轴建模，名义的同步运动矩阵qsynchronous表示为：
31、
32、其中pst和ost分别表示3×1的名义位置和角度矩阵；qt0为铣削侧五轴机床末端初始位置和刀轴方向，qst为名义的同步运动矩阵；
33、
34、其中，etcp和etad分别表示同步同轴运动过程中的刀尖点位置和刀轴方向误差,和分别表示受几何、温度、伺服等多个误差源的影响的实际位置和角度矩阵。
35、优选地，在所述模块m2中：
36、根据理论运动轨迹生成数控测量程序，并导入至数控系统，数控系统运行测量程序，测量装置实时记录测量数据，得到双五轴机床的实际刀位点和刀轴方向(pa,oa)；基于双五轴的机床运动链和理论测量轨迹得到名义的刀位点和刀轴方向(p,o)，基于同步同轴模型得到双五轴机床的尖点位置和刀轴方向误差；
37、在双五轴运动学模型基础上提出针对双五轴机床在同步同轴运动过程中3自由度的同步位置误差以及2自由度的同轴误差的同时测量方法，通过三个空间阵列排布的位移传感器实时测量刀尖点处高精度标准球的位置偏差，通过标定算法得到刀尖点中心球心的空间三坐标误差信息；对于同轴误差，通过另外的两个位移传感器同时测量刀轴点处标准球的球心空间坐标；刀尖点和刀轴点测量值的差值反映角度误差的影响，根据不同球心点的位置误差计算出同轴误差。
38、优选地，坐标系标定：
39、在测量前标定测量坐标系，得到测量坐标系到机床参考坐标系的变换矩阵，将机床的旋转轴置于零点位置，将标准双球杆安装在铣削侧主轴上，通过百分表和千分表调整标准球的轴线双自由度微调机构保证双标准球的球心与主轴轴线同轴，将电涡流传感器阵列通过固定工装安装在初始位置的支撑侧末端；移动铣削侧末端空间位置，使两个标准球保持在传感器阵列的测量范围内，调整五个传感器的位置，使双球保持在传感器的测量范围中间区间内，并将其设置为五个位移传感器的零位置；
40、同步同轴误差测量：
41、根据理论运动轨迹生成数控测量程序，并导入至数控系统，数控系统运行测量程序，测量装置实时记录测量数据，得到双五轴机床的实际刀位点和刀轴方向，基于双五轴的机床运动链和理论测量轨迹得到名义的刀位点和刀轴方向(p,o)，基于同步同轴模型得到双五轴机床的尖点位置和刀轴方向误差。
42、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
43、1、本发明为一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，基于箱底镜像铣独特的运动形式，建立了同步同轴误差的测量模型，实现了对双五轴箱底镜像铣机床同步同轴误差的精确测量。
44、2、本方法无需采用多种测量方法便可以测量双五轴机床的准静态和动态的同步同轴精度。
45、3、本发明基于同步同轴约束，建立了双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差模型，直接评估了双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差。
1.一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，其特征在于，在所述步骤s1中：
3.根据权利要求2所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，其特征在于，在所述步骤s2中：
5.根据权利要求4所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量方法，其特征在于：
6.一种双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量系统，其特征在于，在所述模块m1中：
8.根据权利要求7所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量系统，其特征在于：
9.根据权利要求6所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量系统，其特征在于，在所述模块m2中：
10.根据权利要求9所述的双五轴箱底镜像铣机床的同步同轴误差的测量系统，其特征在于：
