[發明專利]一種基于激光干涉原理的機床幾何誤差測量裝置

有效

• 申請號: 202010022069.X
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111189390B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 李海濤
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于激光干涉原理的機床幾何誤差測量裝置，其特征在于：包括機械跟蹤裝置及其上安裝的激光測量裝置；

所述的機械跟蹤裝置，包括激光干涉儀(1)，激光干涉儀(1)連接在干涉儀調整云臺(2)上，干涉儀調整云臺(2)下方與工作臺球鉸鏈(4)相連接，工作臺球鉸鏈(4)底部安裝在機床連接臺(5)上；干涉儀調整云臺(2)固定在上安裝座(3)與下安裝座三(23)上，上安裝座(3)、下安裝座三(23)插入伸縮桿一(11)、伸縮桿二(12)，并使用緊定螺釘將伸縮桿與安裝座固定；伸縮桿一(11)與伸縮桿二(12)末端安裝有連接板(6)，連接板(6)做成鏤空狀，以便光路通過，連接板(6)后部裝有刀頭處球鉸鏈(7)，當機床進行進給運動時，通過工作臺球鉸鏈(4)、刀頭處球鉸鏈(7)的轉動特性實現激光干涉儀(1)空間姿態調整；通過伸縮桿一(11)與伸縮桿二(12)被動拉伸實現跟隨；

所述的激光測量裝置包括下安裝座一(21)、下安裝座二(22)，下安裝座一(21)與下安裝座二(22)安裝在伸縮桿一(11)與伸縮桿二(12)上，下安裝座一(21)與下安裝座二(22)上吸附有磁鐵配位塊一(13)與磁鐵配位塊二(17)，磁鐵配位塊一(13)上方通過鏡組安裝桿二(15)連接有鏡組安裝塊二(14)，鏡組安裝塊二(14)上安裝有固定旋轉鏡(16)；磁鐵配位塊二(17)下方通過鏡組安裝桿三(18)連接有鏡組安裝塊三(19)，鏡組安裝塊三(19)上安裝有線性干涉鏡組(20)；線性干涉鏡組(20)和固定旋轉鏡(16)垂直設置；

所述的連接板(6)前端裝有通過鏡組安裝桿一(9)，鏡組安裝桿一(9)上連接有鏡組安裝塊一(8)，鏡組安裝塊一(8)安裝有線性反射鏡一(10)；

在測量過程中，刀頭處球鉸鏈(7)、工作臺球鉸鏈(4)的球心始終與線性反射鏡一(10)、線性干涉鏡組(20)中心重合。

2.根據權利要求1所述的一種基于激光干涉原理的機床幾何誤差測量裝置，其特征在于：所述的工作臺球鉸鏈(4)包括工作臺球鉸上蓋(25)和與之連接的工作臺球鉸下座(26)，工作臺球鉸上蓋(25)和工作臺球鉸下座(26)連接后將工作臺球鉸球頭(24)包裹，形成球鉸副。

3.根據權利要求1所述的一種基于激光干涉原理的機床幾何誤差測量裝置，其特征在于：所述的線性干涉鏡組(20)包括前部的分光鏡(27)和后部的線性反射鏡二(28)，分光鏡(27)通過螺釘與線性反射鏡二(28)連接，構成線性干涉鏡組，與線性反射鏡一(10)共同構成測量所用干涉光路。

4.根據權利要求3所述的一種基于激光干涉原理的機床幾何誤差測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

將兩光學精密球分別布置在激光干涉儀(1)下側及線性反射鏡一(10)后側，其中兩光學精密球球心與分光鏡(27)、線性反射鏡一(10)中心共線，光學精密球一球心與分光鏡(27)中心距離L₁，線性反射鏡一(10)中心與光學精密球二球心距離L₃，L_i1為激光干涉儀讀數，其中L-L_i1＝L₁+L₃＝L_T，使激光通過固定旋轉鏡(16)發生反射垂直入射至分光鏡(27)，光束入射分光鏡(27)、線性反射鏡一(10)后通過固定旋轉鏡(16)回到激光頭接口，在此期間形成干涉，記錄激光干涉儀(1)測量數值L_i1，通過求解方程后可得L_T，進而求得兩光學精密球球心間距L；

使用時，控制機床在給定工作空間內進給運動，當主軸運動時，工作臺球鉸鏈(4)帶動裝置轉動，實現角度跟隨運動；同時，通過伸縮桿一(11)、伸縮桿二(12)被動拉伸運動，以適應不同長度測量，實現距離跟隨運動；測量過程中通過計算機測量軟件實時記錄激光干涉儀(1)測量讀數L_i1；

假設通過4個不同點對機床進行測量，從機床面板讀出工作臺球鉸球頭(24)在不同位置下球心坐標4個，記為P₁(x₁，y₁，z₁)P₂(x₂，y₂，z₂)P₃(x₃，y₃，z₃)P₄(x₄，y₄，z₄)，記工作臺球鉸球頭(24)球心所在點為基站點，球心坐標即為基站坐標，選取機床測量點為A(x,y,z),后利用GPS定位原理，列出方程如下：

其中：

L_i1為激光干涉儀測量實時讀數；

L_T為工作臺球鉸球頭(24)球心與分光鏡(27)中心距離L₁和線性反射鏡一(10)中心與刀頭處球鉸鏈(7)球心距離L₃之和；

P_i(x_i,y_i,z_i)為第i個球心坐標，即當前測量狀況下工作臺球鉸球頭(24)球心坐標；

e為總誤差，e_x為x軸誤差，e_y為y軸誤差，e_z為z軸誤差；

在求解方程后，得出A點實際坐標A`(x`,y`,z`)，與理論坐標相減，得到機床各直線軸總體誤差，之后通過誤差分離原理，分離出機床各直線軸幾何誤差。