[發(fā)明專利]一種測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的光學(xué)測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011218376.1
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112325777B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李家琨;馬棟;馮其波;張斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/26;G01B11/27
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 鄒芳德

本發(fā)明公開了一種測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的光學(xué)測量裝置，包括六自由度誤差敏感單元和六自由度誤差測量單元，所述六自由度誤差敏感單元包括與轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置的正多面棱體，正多面棱體的底面固定于轉(zhuǎn)軸外端，多面棱體的頂面中心區(qū)域設(shè)有反射鏡；所述六自由度誤差測量單元包括角度誤差測量單元和直線度誤差測量單元；所述角度誤差測量單元包括第一自準(zhǔn)直儀和第二自準(zhǔn)直儀，所述直線度誤差測量單元包括第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器和第三激光位移傳感器。本發(fā)明可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸六自由度誤差的同時快速測量。本發(fā)明安裝、調(diào)試簡單快捷，不易受外界環(huán)境影響，適用性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間幾何精度檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的光學(xué)測量裝置及方法。

背景技術(shù)

SH Suh，ES Lee，SY Jung等人在論文《Error modelling and measurement forthe rotary table of five-axis machine tools》中公開了一種基于多面棱體的轉(zhuǎn)軸五自由度幾何誤差的測量方法。該方法采用分步測量，分別安裝多面棱體和高精度主球作為角度和直線度的敏感單元。以多面棱體作為靶鏡，以兩個相互垂直的自準(zhǔn)直儀作為光源安裝在多面棱體的兩側(cè)，可以測量轉(zhuǎn)軸繞X、Y、Z軸的角度誤差。然后將碳化鎢制成的高精度主球作為直線度敏感單元安裝在轉(zhuǎn)軸的上表面中心，將接觸式位移傳感器頂在高精度主球的垂直方向，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周即可測出轉(zhuǎn)軸沿著X，Y方向的直線度誤差。然而，這種方法需要分步安裝多面棱體和高精度主球作為敏感單元、自準(zhǔn)直儀和接觸式位移傳感器作為角度和直線度的測量單元，測量系統(tǒng)安裝調(diào)試?yán)щy，降低了測量效率并且會受待測轉(zhuǎn)軸自身重復(fù)性誤差的影響。

CN 106595480公開了一種用于測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的激光測量系統(tǒng)及方法，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差同時測量，但是該系統(tǒng)在誤差敏感單元設(shè)計、誤差傳感原理等多方面均有顯著不同，且存在安裝調(diào)試?yán)щy以及易受環(huán)境影響等問題。

目前，還不存在結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、一次安裝可直接測量得到轉(zhuǎn)軸的六自由度幾何誤差的高精度測量裝置。

因此，需要提供一種用于測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的光學(xué)測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的光學(xué)測量裝置，以實現(xiàn)對數(shù)控機床、加工中心等精密加工與測量設(shè)備中轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的簡便快速測量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明中的XYZ軸方向，與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10791-2：2001(E)中05、08、11立式加工中心XYZ軸方向一致，但并不局限于測量這三種類型的加工中心。

一種測量轉(zhuǎn)軸六自由度幾何誤差的光學(xué)測量裝置，包括六自由度誤差敏感單元和六自由度誤差測量單元，所述六自由度誤差測量單元向所述六自由度誤差敏感單元出射光，并根據(jù)出射光和六自由度誤差測量單元接收的從所述六自由度誤差敏感單元的反射光生成測量信號；

所述六自由度誤差敏感單元包括與轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置的正多面棱體，正多面棱體的底面固定于轉(zhuǎn)軸外端，多面棱體的頂面中心區(qū)域設(shè)有反射鏡；

所述六自由度誤差測量單元包括角度誤差測量單元和直線度誤差測量單元；

所述角度誤差測量單元包括第一自準(zhǔn)直儀和第二自準(zhǔn)直儀，第一自準(zhǔn)直儀沿空間坐標(biāo)系的X軸向正多面棱體的一個側(cè)面a出射光，第一自準(zhǔn)直儀的出射光和所述側(cè)面a的反射光生成的測量信號用于測量轉(zhuǎn)軸的繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度誤差和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角度定位誤差，第二自準(zhǔn)直儀沿空間坐標(biāo)系的Y軸向正多面棱體的另一個側(cè)面b出射光，第二自準(zhǔn)直儀的出射光和側(cè)面b的反射光生成的測量信號用于測量轉(zhuǎn)軸的繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度誤差；