[發(fā)明專利]基于望遠系統(tǒng)的激光多自由度精密測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110161338.1
• 申請日: 2011-06-16
• 公開（公告）號: CN102252634A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王克逸;閆佩正;吳朔;郝鵬;曹兆樓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B11/27
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物體沿直線導(dǎo)軌運動時對其運動的多自由度誤差或運動姿態(tài)進行高精度測量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于望遠系統(tǒng)的激光多自由度精密測量系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

在機械制造、機械加工、測量、控制等很多領(lǐng)域，直線導(dǎo)軌或一維平移臺都有廣泛應(yīng)用。直線導(dǎo)軌有六項誤差，除定位誤差外，其余五項為幾何誤差，分別是俯仰角、偏擺角、滾轉(zhuǎn)角以及垂直于行進方向的兩個直線度。隨著技術(shù)水平的提高和發(fā)展，對導(dǎo)軌精度的需求越來越高，隨之對導(dǎo)軌多自由度誤差的檢測要求也越來越高。由于科學(xué)實驗過程中環(huán)境限制，誤差溯源的科學(xué)性以及實驗過程的高效性等要求，開發(fā)方便快捷并且高精度的多自由度測量系統(tǒng)日益得到工程、實驗人員的重視。?

現(xiàn)在國內(nèi)外最常見的多自由度測量方法是用激光干涉儀，比如HP5529A動態(tài)校正儀。但這類系統(tǒng)每次測量一項參數(shù)都需要重新調(diào)整儀器，且測量過程需要使用不同類型的測量附件，不僅測量周期十分煩瑣和漫長，造成大量的人力和機時的浪費，而且測量精度受測量人員和測量環(huán)境變化影響較大。因此，發(fā)展同時測量多自由度幾何誤差的激光系統(tǒng)是目前普遍面臨的重要問題。國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)σ陨蠁栴}進行了研究，發(fā)展了應(yīng)用激光技術(shù)同時測量多自由度的幾種方法,概括起來分為以下幾類：如?[孫長庫,?周富強,?劉越,?葉聲華.?六自由度測試系統(tǒng)[J].?儀器儀表學(xué)報,?1998,(04)]；?“基于協(xié)作靶標的六自由度測量系統(tǒng)的設(shè)計方法”[Kim?J.-A.,?Bae?E.W.,?Kim?S.H.,?Kwak?Y.K.?Design?methods?for?six-degree-of-freedom?displacement?measurement?systems?using?cooperative?targets?(2002)?Precision?Engineering,?26?(1),?pp.?99-104.]。技術(shù)：如?[劉永東,?王佳,?梁晉文.?動態(tài)目標全姿態(tài)激光跟蹤測量[J].?激光與紅外,?1999,(03)]；“六自由度測量設(shè)備和方法”[Device?and?method?for?measuring?six?degrees?of?freedom,美國專利公布號：US2010/0128259A1，2010]；“基于激光的坐標測量設(shè)備和方法”[Laser-based?coordinate?measuring?device?and?laser-based?method?for?measuring?coordinates，美國專利號：US7800758B1,2010]?。該方法已有商用產(chǎn)品，如美國API公司的激光跟蹤儀。該方法測量范圍大，速度高，適合宏觀尺度的測量，而直線導(dǎo)軌的五個幾何誤差均屬于微小量，故不能充分發(fā)揮其性能。如“在磁懸浮系統(tǒng)中使用CCD相機實時測量位置和姿態(tài)”[Lin?Chin?E.,?Hou?Ann-San?Real-time?position?and?attitude?sensing?using?CCD?cameras?in?magnetic?suspension?system?applications?(1995)?IEEE?Transactions?on?Instrumentation?and?Measurement,?44?(1),?pp.?8-13.]，該系統(tǒng)需要對多個CCD進行標定，而且對振動敏感，滾轉(zhuǎn)角測量精度比其他誤差低；“基于攝像機且使用旋轉(zhuǎn)鏡的靶標六自由度測量和跟蹤”；[Camera?based?six?degree?of?freedom?target?measuring?and?target?tracking?device?with?rotatable?mirror，美國專利號US7576847B2，2009]，該方法也需要對相機做精確標定。如[匡翠方,?馮其波,?張斌,?張志峰,?陳士謙.?激光六維參數(shù)同時測量的數(shù)學(xué)模型[J].?儀器儀表學(xué)報,?2006,(04)]；“基于激光的直線導(dǎo)軌六自由度幾何誤差高精度測量”[Liu?C.-H.,?Jywe?W.-Y.,?Hsu?C.-C.,?Hsu?T.-H.?Development?of?a?laser-based?high-precision?six-degrees-of-freedom?motion?errors?measuring?system?for?linear?stage?(2005)?Review?of?Scientific?Instruments,?76?(5),?art.?no.?055110]；?“六自由度傳感器”[Six?degree?of?freedom?sensor，美國專利號5883803，1999]；“運動平臺直線度測量裝置”[Straightness?measuring?apparatus?for?moving?stage，美國專利號US6559955B2,2003]；“通過三面反射鏡測量剛體六自由度誤差的裝置”[Apparatus?for?measuring?6-degree-of-freedom?motions?of?rigid?body?by?using?three-facet?mirror，美國專利號：US6678059B2,2004]；?[一種激光六自由度同時測量裝置，專利號200520147401.6，2007]。該類方法已有商用產(chǎn)品，如美國API公司的“五軸/六軸測量系統(tǒng)”[five-axis/six-axis?laser?measuring?system，美國專利號：6049377，2000],并形成一定市場。這些方法使用非接觸式測量，電磁干擾小，結(jié)構(gòu)緊湊，測量精度較高，但是對多自由度誤差的放大倍率受到原理的限制，難以獲得更大的提高。?