用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于检测转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法，系统包括：激光发射单元、六自由度误差测量单元、六自由度误差敏感单元和可安装于待测转轴的伺服跟踪单元，六自由度误差测量单元向六自由度误差敏感单元出射光，并根据出射光和六自由度误差敏感单元的反射光与后向反射光生成测量信号，伺服跟踪单元包括：四维调节机构，实现四维调节；固定安装在四维调节机构上的电机；用于测量电机旋转角度的角度测量传感器；固定在四维调节机构上且与电机同轴旋转的安装平面，安装六自由度误差敏感单元；和根据来自六自由度误差测量单元的测量信号，控制伺服跟踪单元的控制电路。本发明专利技术可实现对转轴六自由度几何误差的同时快速测量。

Laser measuring system and method for measuring geometric error of six degrees of freedom of rotating shaft

The invention discloses a method for detecting the rotating shaft with six degrees of freedom the geometric error of laser measurement system and method. The system includes: a laser emission unit, six degrees of freedom error measuring unit, six degrees of freedom error sensitive unit and can be installed on the measured shaft servo tracking unit, six degree of freedom error measurement unit to six degrees of freedom the error sensitive unit emitting light, and according to the reflected light from the light emitter and six degrees of freedom error sensitive unit and to generate the reflected light signal measurement, tracking servo unit includes: a four-dimensional adjusting mechanism, realize the four-dimensional adjustment; fixed in the regulation mechanism of the four motor; for the rotation angle measurement of motor angle measuring sensor; fixed in the regulation of institutions and the installation of four plane rotating coaxial with the motor, the installation of six degrees of freedom error sensitive unit; and from the six degree of freedom measurement error Control circuit of the servo tracking unit. The invention can realize the simultaneous measurement of the geometric error of six degrees of freedom of the rotating shaft.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间几何精度检测
，尤其涉及一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法。
技术介绍
ZhenyaHe,JianzhongFu等人在论文《Anewerrormeasurementmethodtoidentifyallsixerrorparametersofarotationalaxisofamachinetool》中公开了一种基于激光干涉的、四次安装测量转轴六自由度误差的方法，该方法以双角锥棱镜作为靶镜，以相互平行的两个激光干涉仪作为光源与探测器，分四次安装、五个步骤使激光干涉仪的测量光依次平行于数控机床或加工中心的三直线运动轴的方向上，利用激光干涉仪直接测量各转轴转动时的六自由度几何误差，然而，该方法一共需要安装四次靶镜与激光干涉仪，测量系统安装调节困难，降低了测量效率。目前，还不存在结构简单、操作方便，一次安装，可直接测量得到转轴的六自由度几何误差的系统。因此，需要提供一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法，以实现对数控机床、加工中心等精密加工与测量设备中转轴六自由度几何误差的同时快速测量。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术中的XYZ轴方向，与国际标准ISO10791-2:2001(E)中05、08、11立式加工中心XYZ轴方向一致，但并不局限于测量这三种类型的加工中心。一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统，该激光测量系统包括激光发射单元、六自由度误差测量单元和六自由度误差敏感单元，所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元出射光，并根据出射光和所述六自由度误差敏感单元的反射光与后向反射光生成测量信号，该激光测量系统进一步包括可安装于待测转轴的伺服跟踪单元，其包括四维调节机构，用于对所述伺服跟踪单元实现四维调节；固定安装在所述四维调节机构上的电机；用于测量电机旋转角度的角度测量传感器；固定在所述四维调节机构上且与所述电机同轴旋转的安装平面，用于安装所述六自由度误差敏感单元；和用于根据来自所述六自由度误差测量单元的测量信号，控制所述伺服跟踪单元的控制电路。优选地，所述控制电路控制四维调节机构使得所述伺服跟踪单元可沿Y轴和沿Z轴平动，并使得所述伺服跟踪单元可绕X轴和绕Y轴的旋转。优选地，所述四维调节机构包括二维平动调节机构，用于受控制电路控制调节所述伺服跟踪单元沿Y轴和沿Z轴平移；并包括二维角度调节机构，用于调节所述伺服跟踪单元绕X轴和绕Y轴旋转；或者，所述四维调节机构包括两个一维平动调节机构，用于受控制电路控制调节所述伺服跟踪单元分别沿Y轴和沿Z轴平移；并包括两个一维角度调节机构用于调节所述伺服跟踪单元分别绕X轴和绕Y轴旋转。优选地，所述控制电路控制电机与待测转轴反方向转动。优选地，所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元出射线偏振光，并根据由所述六自由度误差敏感单元反射回的线偏振光生成测量信号。优选地，该激光测量系统进一步包括数据处理单元，用于根据待测转轴设定的转动角度、角度测量传感器测量的电机转动角度和所述测量信号计算待测转轴转动时的六自由度几何误差。优选地，所述六自由度误差测量单元包括：用于反射并透射入射激光束的分光元件；用于感测来自所述六自由度误差敏感单元的第一反射光的第一光电探测器；用于感测来自所述六自由度误差敏感单元的第一后向反射光的第二光电探测器；用于感测来自所述六自由度误差敏感单元的第二后向反射光的第三光电探测器；用于感测所述分光元件的透射光与所述六自由度误差敏感单元的第二后向反射光的干涉光的第四光电探测器；和用于感测所述分光元件的反射光的第五光电探测器。优选地，所述角度测量传感器固定为与所述电机同轴旋转。一种利用上述激光测量系统测量转轴六自由度几何误差的激光测量方法，该方法包括：将六自由度误差敏感单元安装于伺服跟踪单元的安装平面，控制电路根据来自所述六自由度误差测量单元的测量信号控制四维调节机构，使所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元的出射光束与所述六自由度误差敏感单元的反射光束对中，并使所述出射光束与所述反射光束的夹角趋于零。优选地，该方法进一步包括：控制电机与所述待测转轴反方向转动使来自所述六自由度误差敏感单元的第一反射光位于六自由度误差测量单元的光敏面所在的空间直角坐标系Y轴中心线上，测量所述电机转动的角度；根据待测转轴设定的转动角度、测量得到的电机转动角度和所述测量信号计算待测转轴转动时的六自由度几何误差。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术只需一次安装便能够对数控机床、加工中心转轴的六自由度误差进行检测，极大地提高了检测效率。本专利技术中的伺服跟踪单元可以减少测量仪器安装时间、减小安装误差，通过伺服跟踪可保持测量光线返回光电探测器，保证激光干涉测量正常工作。本专利技术中的干涉测长的标准频率信号与包括长度变化的干涉信号都由六自由度误差测量单元中的光电探测器接收，两路信号在由激光发射单元到六自由度误差测量单元的准直镜之间都为共路信号，减小了测量误差。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出实施例一与实施例二提供的用于测量数控机床的C转轴的转轴六自由度几何误差的激光测量系统的结构立体图；图2示出实施例一与实施例二提供的用于测量数控机床的C转轴的转轴六自由度几何误差的激光测量系统的结构侧视图；图3示出实施例一中伺服跟踪单元与误差敏感单元的剖面图；图4示出实施例一中用于测量数控机床的C转轴的转轴六自由度几何误差的激光测量系统的光路图；图5示出实施例二中用于测量数控机床的C转轴的转轴六自由度几何误差的激光测量系统的光路图；图6示出实施例三提供的用于测量数控机床的A转轴的转轴六自由度几何误差的激光测量系统的结构立体图；图7示出实施例三提供的用于测量数控机床的A转轴的转轴六自由度几何误差的激光测量系统的结构侧视图；图8示出实施例三中伺服跟踪单元与误差敏感单元的剖面图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例一如图1、图2所示，本实施例提供的用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统，用于测量数控机床的C转轴，该激光测量系统包括：激光发射单元1、六自由度误差测量单元2、六自由度误差敏感单元3和可安装于待测转轴的伺服跟踪单元4，激光发射单元1通过保偏光纤5与六自由度误差测量单元2柔性连接，六自由度误差测量单元2固定在被测数控机床的基座上，伺服跟踪单元4固定在被测数控机床的被测C转轴6上，六自由度误差敏感单元3的底面固定在伺服跟踪单元4上，六自由度误差测量单元2向六自由度误差敏感单元3出射光束，并根据出射光和六自由度误差敏感单元3的反射光与后向反射光生成测量信号；如图3所示，伺服跟踪单元4包括：四维调节机构，用于对伺服跟踪单元4实现四维调节；固定安装在四维调节机构上的电机405；用于测量电机405旋转角度的角度测量传感器403；固定在四维调节机构上且与电机405同轴旋转的安装平面406，用于安装六自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统，该激光测量系统包括激光发射单元、六自由度误差测量单元和六自由度误差敏感单元，所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元出射光，并根据出射光和所述六自由度误差敏感单元的反射光与后向反射光生成测量信号，其特征在于，该激光测量系统进一步包括可安装于待测转轴的伺服跟踪单元，其包括四维调节机构，用于对所述伺服跟踪单元实现四维调节；固定安装在所述四维调节机构上的电机；用于测量电机旋转角度的角度测量传感器；固定在所述四维调节机构上且与所述电机同轴旋转的安装平面，用于安装所述六自由度误差敏感单元；和用于根据来自所述六自由度误差测量单元的测量信号，控制所述伺服跟踪单元的控制电路。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统，该激光测量系统包括激光发射单元、六自由度误差测量单元和六自由度误差敏感单元，所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元出射光，并根据出射光和所述六自由度误差敏感单元的反射光与后向反射光生成测量信号，其特征在于，该激光测量系统进一步包括可安装于待测转轴的伺服跟踪单元，其包括四维调节机构，用于对所述伺服跟踪单元实现四维调节；固定安装在所述四维调节机构上的电机；用于测量电机旋转角度的角度测量传感器；固定在所述四维调节机构上且与所述电机同轴旋转的安装平面，用于安装所述六自由度误差敏感单元；和用于根据来自所述六自由度误差测量单元的测量信号，控制所述伺服跟踪单元的控制电路。2.根据权利要求1所述的激光测量系统，其特征在于，所述控制电路控制四维调节机构使得所述伺服跟踪单元可沿Y轴和沿Z轴平动，并使得所述伺服跟踪单元可绕X轴和绕Y轴的旋转。3.根据权利要求1所述的激光测量系统，其特征在于，所述四维调节机构包括二维平动调节机构，用于受控制电路控制调节所述伺服跟踪单元沿Y轴和沿Z轴平移；并包括二维角度调节机构，用于调节所述伺服跟踪单元绕X轴和绕Y轴旋转；或者，所述四维调节机构包括两个一维平动调节机构，用于受控制电路控制调节所述伺服跟踪单元分别沿Y轴和沿Z轴平移；并包括两个一维角度调节机构用于调节所述伺服跟踪单元分别绕X轴和绕Y轴旋转。4.根据权利要求1所述的激光测量系统，其特征在于，所述控制电路控制电机与待测转轴反方向转动。5.根据权利要求1所述的激光测量系统，其特征在于，所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元出射线偏振光，并根据由所述六自由度误差敏感单元反射回的线偏振光生成测量信号。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯其波，杨婧，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11