[發(fā)明專利]一種可檢測21項幾何誤差的激光測量系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580001345.1
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN105492860B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 馮其波;張斌;崔存星
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/26;G01B11/27;G01C1/00
• 代理公司: 北京王景林知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)11320
• 代理人: 王景林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可檢測21項幾何誤差的激光測量系統(tǒng)與方法，用于數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機等精密加工與測量設備，尤其涉及一種一次安裝、分步測量得到數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機等精密加工與測量設備三個相互垂直的直線運動導軌21項幾何誤差的激光測量系統(tǒng)與方法，屬于空間幾何精度檢測領(lǐng)域。

本發(fā)明的XYZ空間坐標系中，術(shù)語“21項幾何誤差”包括沿X軸的6個自由度誤差、沿Y軸的6個自由度誤差、沿Z軸的6個自由度誤差、X軸與Y軸之間的垂直度誤差、Y軸與Z軸之間的垂直度誤差、Z軸與X軸之間的垂直度誤差。

背景技術(shù)

德國專利DE10341594A1公開了一種直接測量數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機幾何誤差的測量方法，該方法利用分光元件將激光干涉儀的測量光分光到平行于數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機的三直線運動軸的方向上，利用激光干涉儀直接測量各直線運動軸的幾何誤差，然而，該系統(tǒng)的分光元件較多，導致其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)安裝調(diào)節(jié)困難，特別是，無法測量三直線運動軸的滾轉(zhuǎn)角誤差。

市場上，還不存在結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，一次安裝、分步測量，可直接測量得到三個相互垂直的直線運動導軌的共21項幾何誤差的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可檢測21項幾何誤差的激光測量系統(tǒng)與方法，其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，一次安裝、分步測量，可直接測量得到三個相互垂直的直線運動導軌的共21項幾何誤差。

為此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種可檢測21項幾何誤差的激光測量系統(tǒng)，由激光六自由度誤差同時測量單元、激光光線轉(zhuǎn)向單元和幾何誤差敏感單元組成；其中，所述激光六自由度誤差同時測量單元與所述幾何誤差敏感單元配合使用，分別測量得到數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機等精密加工與測量設備的三個直線運動導軌或運動臺的三軸位置誤差、水平和豎直方向直線度誤差、俯仰角、偏擺角、滾轉(zhuǎn)角共6項幾何誤差，三軸共計18項誤差；所述激光光線轉(zhuǎn)向單元將來自所述激光六自由度誤差同時測量單元的激光光束分光或轉(zhuǎn)向到平行于數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機的三軸的方向上，并將來自所述幾何誤差敏感單元的激光光束分光或轉(zhuǎn)向到所述激光六自由度誤差同時測量單元，完成對應軸的六自由度誤差同時測量，同時通過三軸直線度誤差的數(shù)據(jù)處理得到三軸相互之間的垂直度誤差，

所述幾何誤差敏感單元包括三個相互垂直的六自由度誤差敏感部件，所述三個六自由度誤差敏感部件分別對數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機等精密加工與測量設備的三個相互垂直的直線運動軸的六項幾何誤差敏感；或者，所述幾何誤差敏感單元由兩個相互垂直的六自由度誤差敏感部件組成，所述兩個六自由度誤差敏感部件分別對數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機的兩個相互垂直的直線運動軸的六項幾何誤差敏感，所述兩個六自由度誤差敏感部件之中的一個六自由度誤差敏感部件旋轉(zhuǎn)90°之后對數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機的第三個直線運動軸的六項幾何誤差敏感。

優(yōu)選地，所述六自由度誤差敏感部件包括兩個光線后向反射元件和一個光線分光元件；所述光線后向反射元件對直線運動軸的位置誤差、水平和豎直方向直線度誤差敏感；所述光線分光元件對直線運動軸的俯仰角、偏擺角敏感；所述兩個光線后向反射元件的組合對直線運動軸的滾轉(zhuǎn)角敏感；所述光線后向反射元件采用角錐棱鏡，所述光線分光元件采用平面分光鏡。

優(yōu)選地，所述激光光線轉(zhuǎn)向單元由轉(zhuǎn)向棱鏡或分光、轉(zhuǎn)向棱鏡組合而成；所述轉(zhuǎn)向棱鏡包括五角棱鏡或直角棱鏡，通過移動或轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向棱鏡，將來自激光六自由度誤差同時測量單元的測量光束分步轉(zhuǎn)向，分別形成平行于被測數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機三直線運動軸的測量光束；所述分光、轉(zhuǎn)向棱鏡組合由兩個分光五角棱鏡的組合或兩個直角半透半反棱鏡的組合，同時將來自激光六自由度誤差同時測量單元的測量光束分光成平行于被測數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機三直線運動軸的三束測量光。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了一種一次安裝、分步測量得到數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機等精密加工與測量設備21項幾何誤差的方法，包含以下步驟：

⑴安裝測量系統(tǒng)：將激光六自由度誤差同時測量單元與激光光線轉(zhuǎn)向單元獨立或整體固定在被測數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機的夾持工件部件，將幾何誤差敏感單元固定在被測數(shù)控機床、加工中心或三坐標測量機的夾持刀具部件；