[實用新型]一種激光準(zhǔn)直收發(fā)一體式直線度測量的標(biāo)定系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921423004.5
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN210346614U
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段發(fā)階;張聰;傅驍;劉文正;蘇宇浩;鮑瑞伽
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

本實用新型公開一種激光準(zhǔn)直收發(fā)一體式直線度測量的標(biāo)定系統(tǒng)；包括直線度測量機構(gòu)、激光干涉儀激光頭、激光干涉儀干涉鏡、激光干涉儀角錐棱鏡和位移臺，直線度測量機構(gòu)由激光器、二維位置探測器、固定端基座和角錐棱鏡組成，激光器和二維位置探測器均固定在固定端基座上，激光器的出射激光照射到角錐棱鏡，經(jīng)過角錐棱鏡后的回射激光照射到二維位置探測器上，所述角錐棱鏡放置于位移臺上；激光干涉儀角錐棱鏡放置于位移臺上，位移臺能夠沿x方向水平移動，激光干涉儀干涉鏡放置在激光干涉儀激光頭與激光干涉儀角錐棱鏡之間，使激光干涉儀激光頭內(nèi)激光干涉從而實現(xiàn)位移臺的位移測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種激光準(zhǔn)直收發(fā)一體式直線度測量的標(biāo)定系統(tǒng)。

背景技術(shù)

數(shù)控機床的加工精度是衡量機床性能高低的主要指標(biāo)之一，直接影響零件的品質(zhì)。隨著機械制造業(yè)對零件精度要求持續(xù)不斷的提高，“如何提高數(shù)控機床的加工精度”受到各國專家學(xué)者的普遍關(guān)注。誤差測量補償法通過測量機床的原始誤差并利用空間誤差模型解算出誤差補償值來減小機床誤差，是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。常見的三軸數(shù)控機床有21項幾何誤差，分別是各軸對應(yīng)的六自由度誤差以及每兩軸之間的正交誤差，而六自由度誤差包括定位誤差、二維直線度誤差、俯仰角、偏擺角以及滾轉(zhuǎn)角，因此直線度誤差在總誤差中占據(jù)重要比例，進(jìn)行高精度的直線度測量對于機床空間誤差的解算至關(guān)重要。

機床誤差靜態(tài)校準(zhǔn)體系比較成熟，但機床誤差的動態(tài)測量與溯源仍然是當(dāng)今世界亟待解決的工業(yè)難題。激光干涉儀是數(shù)控機床幾何誤差測量的常用儀器，基于激光干涉原理測量，可以進(jìn)行高精度、連續(xù)的直線度測量，但每次測量前需要安裝調(diào)整，測量周期長，且由于造價高、體積大等因素不能集成在數(shù)控機床中，只能用于機床誤差的離線測量與校準(zhǔn)。使用激光自準(zhǔn)直儀和水平儀測量直線度時，需要配合橋板使用，橋板長度與角度的乘積為測量點的直線度誤差，操作復(fù)雜，誤差測量點有限，同樣只能用于機床誤差的離線測量與校準(zhǔn)。激光束準(zhǔn)直測量是直接利用激光束的直線性，可以快速測量機床直線度，且由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低，便于集成在機床系統(tǒng)中，實現(xiàn)機床直線度誤差的在線測量。

基于激光準(zhǔn)直原理進(jìn)行直線度測量時，激光器安裝在固定端，測量時激光器位置不變。根據(jù)位置探測器的安裝位置，可以將直線度測量結(jié)構(gòu)分為兩種。一種結(jié)構(gòu)是將角錐棱鏡安裝在被測物上，利用角錐棱鏡回射特性使出射的激光反射回固定端，在固定端安裝位置探測器用來接收出射激光，這種結(jié)構(gòu)稱之為收發(fā)一體式；另一種結(jié)構(gòu)將位置探測器直接安裝在被測物上用來接收出射激光，這種結(jié)構(gòu)稱之為收發(fā)分體式。收發(fā)一體式直線度測量結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡單被廣泛應(yīng)用。

位置探測器的標(biāo)定對于直線度測量至關(guān)重要，決定了直線度測量的精度，文獻(xiàn)“激光五自由度誤差同時測量的研究”(崔存星，碩士學(xué)位論文，北京交通大學(xué)，2012)中直線度測量為收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)，使用光柵測長儀和位移臺對位置探測器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后直線度誤差與光柵尺的偏差大多數(shù)不超過±1μm。文獻(xiàn)“Low cost,compact 4-DOF measurementsystem with active compensation of beam angular drift error”(Y.Huang,K.C.Fan,W.Sun,S.Liu.Opt.Express vol.26,pp.17185,2018.)中使用激光多普勒干涉儀和位移臺對位置探測器進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后殘差在±0.5μm以內(nèi)。兩篇文章中標(biāo)定取得很好的效果，但均未提到標(biāo)定系統(tǒng)本身引入的誤差對標(biāo)定結(jié)果的影響。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種激光準(zhǔn)直收發(fā)一體式直線度測量的標(biāo)定系統(tǒng)。該標(biāo)定系統(tǒng)使用激光干涉儀和位移臺對直線度測量結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定；通過標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立標(biāo)定誤差模型，分析標(biāo)定系統(tǒng)本身誤差對標(biāo)定結(jié)果的影響；減小標(biāo)定系統(tǒng)本身誤差對標(biāo)定結(jié)果的影響。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：