精密轴系误差运动的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种精密轴系误差运动的测量装置，包括精密轴系，及设置在精密轴系末端的特制高精度标准测量球，其轴向端面为平面反射镜，其它部位为球面反射镜；激光光源；径向和轴向误差运动的测量子系统，倾斜误差运动的测量子系统。本发明专利技术采用激光光源、特制高精密标准测量球、四象限探测器和信号处理模块，实现精密轴系误差运动量值的精确测量的方法。

【技术实现步骤摘要】
精密轴系误差运动的测量装置及测量方法
本专利技术涉及精密测量领域，尤其涉及一种精密轴系误差运动的测量装置及测量方法。
技术介绍
激光跟踪仪、全站仪、精密转台、关节臂式坐标测量机等均有精密轴系组成，每个精密轴系上均安装有精密测角传感器，其测角精度直接影响该类仪器的测量精度。由于零件加工、装配等误差因素存在，将导致精密轴系在转动过程中存在着误差运动(即径向、轴向和倾斜误差运动)，该误差运动中既包含随机误差成分也包含系统误差成分，然而这项系统误差将严重影响精密轴系的测角精度，并在上述测量仪器的测量模型进行修正，进一步影响上述测量仪器的测量精度。因此，为进一步提高精密轴系的测角精度以及上述测量仪器的测量精度，本专利技术将研究精密轴系在转动过程中存在误差运动测量装置及测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种精密轴系误差运动的测量装置及测量方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种精密轴系误差运动的测量装置，基于激光自准直原理实现轴系径向、轴系和倾斜误差运动测量，包括：精密轴系，及设置在精密轴系末端的特制标准测量球，特制标准测量球与精密轴系同轴精密配合；特制标准测量球轴向端面为平面反射镜，其它部位为球面反射镜；激光光源；径向和轴向误差运动的测量子系统，所述径向和轴向误差运动的测量子系统包括第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一物镜、第二物镜；接收特制标准测量球球面反射激光的第一四象限探测器、第二四象限探测器；倾斜误差运动的测量子系统，所述倾斜误差运动的测量子系统包括第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜、第三物镜；接收特制标准测量球平面反射激光的第三四象限探测器；所述激光光源、第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一物镜、第二物镜均设于特制标准测量球球心所在的垂直于精密轴系轴线的平面内，所述激光光源发射的光束经第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜分光作用，分成第一径向光束、第二径向光束，所述第一径向光束、第二径向光束沿相互垂直的径向照射特制标准测量球球心；所述第一四象限探测器设置在第一径向光束入射方向的反方向；所述第二四象限探测器设置在第二径向光束入射方向的反方向；所述激光光源发射的光束还经过第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜分成轴向光束，所述轴向光束沿精密轴系的轴向照射特制标准测量球的球心；所述第三四象限探测器设置在轴向光束的入射方向的反方向；信号处理模块，连接第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探测器，接收第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探测器反馈信号，输出精密轴系的径向和轴向误差，及倾斜误差运动量。精密轴系误差运动的测量方法，所述信号处理模块获取精密轴系的径向和轴向误差的方法如下：第一四象限探测器输出的结果为S11、S12、S13、S14，第二四象限探测器输出的结果为S21、S22、S23、S24，则轴系径向误差运动在X轴的分量εx(θ)和Y轴的分量εy(θ)，及轴向误差运动εz(θ)通过下式计算：第三四象限探测器输出的结果经初步计算为(Δε3x(θ),Δε3y(θ))，根据几何光学原理，计算平面反射镜分别绕X轴的偏转角βx(θ)和Y轴的偏转角βy(θ):其中，f表示焦距；其中，第一径向光束入射方向为Y轴的正方向，第二径向光束入射方向为X轴的正方向，轴向光束入射的方向为Z轴负方向。对所述精密轴系的径向误差在X轴的分量εx(θ)和Y轴的分量εy(θ)、轴向误差εz(θ)，及X轴的偏转角βx(θ)和Y轴的偏转角βy(θ)分别进行傅里叶谱分析，消除特制标准测量球自身圆度误差和安装偏心误差，建立精密轴系误差运动的修正模型如下：其中，z(θ)为精密轴系的轴向误差运动的修正模型、r(θ)为精密轴系的径向误差运动的修正模型、β(θ)为精密轴系的倾斜误差运动的修正模型。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用激光光源、特制高精密标准测量球(含球面和反射镜)、光电探测器和数据处理电路，精确地测量出精密轴系误差运动的量值，并建立其对应修正模型，为进一步提高含有精密轴系类测量仪器的精度奠定基础。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。由于精密轴系的零件加工、装配等误差因素的影响，精密轴系在转动过程中会产生误差运动，进而影响含有精密轴系类的测量仪器精度。本专利技术采用激光光源、特制标准测量球(含球面和反射镜)、光电探测器和信号处理电路搭建基于自准直原理的精密轴系误差运动的测量装置，以精确地测量出精密轴系误差运动的量，为进一步提高含有精密轴系类测量仪器的精度奠定基础。如图1所示，一种精密轴系误差运动的测量装置，基于激光自准直原理实现轴系径向、轴系和倾斜误差运动的测量，包括：精密轴系1，及设置在精密轴系1末端的特制标准测量球2，特制标准测量球2与精密轴系1同轴精密配合；特制标准测量球1轴向端面为平面反射镜，其它部位为球面反射镜；激光光源LD；径向和轴向误差运动的测量子系统，所述径向和轴向误差运动的测量子系统包括第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第三分光镜BS3、第一物镜OL1、第二物镜OL2；接收特制标准测量球2球面反射激光的第一四象限探测器QPD1、第二四象限探测器QPD2；倾斜误差运动的测量子系统，所述倾斜误差运动的测量子系统包括第四分光镜BS4、第五分光镜BS5、第六分光镜BS6、第三物镜OL3；接收特制标准测量球2平面反射激光的第三四象限探测器QPD3；所述激光光源LD、第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第三分光镜BS3、第一物镜OL1、第二物镜OL2均设于特制标准测量球2球心所在的垂直于精密轴系1轴线的平面内，所述激光光源LD发射的光束经第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第三分光镜BS3的分光作用，分成第一径向光束3、第二径向光束4，所述第一径向光束3、第二径向光束4沿相互垂直的径向照射特制标准测量球2球心；所述第一四象限探测器QPD1设置在第一径向光束3入射方向的反方向；所述第二四象限探测器设QPD2置在第二径向光束4入射方向的反方向；所述激光光源LD发射的光束还经过第四分光镜BS4、第五分光镜BS5、第六分光镜BS6分成轴向光束5，所述轴向光束5沿精密轴系1的轴向照射特制标准测量球2的球心；所述第三四象限探测器QPD3设置在轴向光束5的入射方向的反方向；信号处理模块(图中未画出)，连接第一四象限探测器QPD1、第二四象限探测器QPD2、第三四象限探测器QPD3，接收第一四象限探测器QPD1、第二四象限探测器QPD2、第三四象限探测器QPD3反馈信号，以获取精密轴系1的径向和轴向以及倾斜误差运动的量值。根据上述实施例中的精密轴系误差测量装置，本专利技术提供的测量方法，所述信号处理模块计算精密轴系1的径向和轴向误差运动的测量方法如下：第一四象限探测器QPD1输出的结果为S11、S12、S13、S14，第二四象限探测器QPD2输出的结果为S21、S22、S23、S24，则精密轴系径向误差运动在X轴的分量εx(θ)和Y轴的分量εy(θ)，及轴向误差运动εz(θ)通过下式计算：第三四象限探测器输出的结果经初步计算为(Δε3x(θ)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精密轴系误差运动的测量装置，基于激光自准直原理实现轴系径向、轴系和倾斜误差运动的测量，其特征在于，包括：精密轴系，及设置在精密轴系末端的特制标准测量球，特制标准测量球与精密轴系同轴精密配合；特制标准测量球的轴向端面为平面反射镜，其它部位为球面反射镜；激光光源；径向和轴向误差运动的测量子系统，所述径向和轴向误差运动的测量子系统包括第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一物镜、第二物镜；接收特制标准测量球球面反射激光的第一四象限探测器、第二四象限探测器；倾斜误差运动的测量子系统，所述倾斜误差运动的测量子系统包括第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜、第三物镜；接收特制标准测量球平面反射激光的第三四象限探测器；所述激光光源、第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一物镜、第二物镜均设于特制标准测量球球心所在的垂直于轴系轴线的平面内，所述激光光源发射的光束经第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜分光作用，分成第一径向光束、第二径向光束，所述第一径向光束、第二径向光束沿相互垂直的径向照射特制标准测量球球心；所述第一四象限探测器设置在第一径向光束入射方向的反方向；所述第二四象限探测器设置在第二径向光束入射方向的反方向；所述激光光源发射的光束还经过第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜分成轴向光束，所述轴向光束沿轴系的轴向照射特制标准测量球的球心；所述第三四象限探测器设置在轴向光束的入射方向的反方向；信号处理模块，连接第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探测器，接收第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探测器反馈信号，输出精密轴系的径向和轴向误差运动，及倾斜误差运动的量值。...

【技术特征摘要】
1.一种精密轴系误差运动的测量装置，基于激光自准直原理实现轴系径向、轴系和倾斜误差运动的测量，其特征在于，包括：精密轴系，及设置在精密轴系末端的特制标准测量球，特制标准测量球与精密轴系同轴精密配合；特制标准测量球的轴向端面为平面反射镜，其它部位为球面反射镜；激光光源；径向和轴向误差运动的测量子系统，所述径向和轴向误差运动的测量子系统包括第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一物镜、第二物镜；接收特制标准测量球球面反射激光的第一四象限探测器、第二四象限探测器；倾斜误差运动的测量子系统，所述倾斜误差运动的测量子系统包括第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜、第三物镜；接收特制标准测量球平面反射激光的第三四象限探测器；所述激光光源、第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第一物镜、第二物镜均设于特制标准测量球球心所在的垂直于轴系轴线的平面内，所述激光光源发射的光束经第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜分光作用，分成第一径向光束、第二径向光束，所述第一径向光束、第二径向光束沿相互垂直的径向照射特制标准测量球球心；所述第一四象限探测器设置在第一径向光束入射方向的反方向；所述第二四象限探测器设置在第二径向光束入射方向的反方向；所述激光光源发射的光束还经过第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜分成轴向光束，所述轴向光束沿轴系的轴向照射特制标准测量球的球心；所述第三四象限探测器设置在轴向光束的入射方向的反方向；信号处理模块，连接第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵会宁，于连栋，曹家铭，贾华坤，姜一舟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34