带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置及方法，测量装置包括由激光器、第一棱镜反射镜、第一分光镜、第二分光镜、第二棱镜反射镜、第四分光镜、第二凸透镜、第二二维位置敏感探测器、第三凸透镜和第三二维位置敏感探测器构成的激光发射端；由第三分光镜、第一四象限探测器、第一凸透镜、第一二维位置敏感探测器和第二四象限探测器构成的激光接收端；使用该测量装置时将激光发射端安装在数控机床待测轴的固定位置，激光接收端安装在数控机床待测轴的滑台上；本发明专利技术可实现俯仰角、偏摆角、滚转角、水平直线度及竖直直线度的同时测量，实现远距离测量；可消除激光角度漂移对五自由度测量的影响，提高测量精度。

A five degree of freedom measurement device and method with optical path drift compensation

【技术实现步骤摘要】
带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置及方法
本专利技术属于精密测量
与光学工程领域，特别是带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置与方法。
技术介绍
数控机床的加工精度是衡量机床性能高低的主要指标之一，直接影响零件的品质。随着机械制造业对零件精度要求持续不断的提高，“如何提高数控机床的加工精度”受到各国专家学者的普遍关注。误差测量补偿法通过测量机床的原始误差并利用空间误差模型解算出误差补偿值来减小机床误差，是一种经济有效的方法。常见的三轴数控机床有21项几何误差，分别是各轴对应的六自由度误差以及每两轴之间的正交误差，而六自由度误差包括定位误差、二维直线度误差、俯仰角、偏摆角以及滚转角。机床误差的快速有效测量是提高数控机床加工精度的关键。机床误差静态校准体系比较成熟，但机床误差的动态测量与溯源仍然是当今世界亟待解决的工业难题。目前市场上已经有一些成熟机床误差静态测量仪器，如激光干涉仪是数控机床几何误差测量的常用仪器，基于激光干涉原理测量，但每次测量只能测一个自由度，安装调整过程复杂，测量周期长，且由于造价高、体积大等因素不能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置，其特征在于，包括激光器(1)、第一棱镜反射镜(2)、第一分光镜(3)、第二分光镜(4)、第三分光镜(5)、第一四象限探测器(6)、第一凸透镜(7)、第一二维位置敏感探测器(8)、第二棱镜反射镜(9)、第四分光镜(10)、第二四象限探测器(11)、第二凸透镜(12)、第二二维位置敏感探测器(13)、第三凸透镜(14)和第三二维位置敏感探测器(15)；/n所述激光器(1)、第一棱镜反射镜(2)、第一分光镜(3)、第二分光镜(4)、第二棱镜反射镜(9)、第四分光镜(10)、第二凸透镜(12)、第二二维位置敏感探测器(13)、第三凸透镜(14)和第三...

【技术特征摘要】
1.一种带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置，其特征在于，包括激光器(1)、第一棱镜反射镜(2)、第一分光镜(3)、第二分光镜(4)、第三分光镜(5)、第一四象限探测器(6)、第一凸透镜(7)、第一二维位置敏感探测器(8)、第二棱镜反射镜(9)、第四分光镜(10)、第二四象限探测器(11)、第二凸透镜(12)、第二二维位置敏感探测器(13)、第三凸透镜(14)和第三二维位置敏感探测器(15)；
所述激光器(1)、第一棱镜反射镜(2)、第一分光镜(3)、第二分光镜(4)、第二棱镜反射镜(9)、第四分光镜(10)、第二凸透镜(12)、第二二维位置敏感探测器(13)、第三凸透镜(14)和第三二维位置敏感探测器(15)构成激光发射端(16)；
所述第三分光镜(5)、第一四象限探测器(6)、第一凸透镜(7)、第一二维位置敏感探测器(8)和第二四象限探测器(11)构成激光接收端(17)；使用该测量装置时将激光发射端(16)安装在数控机床待测轴的固定位置，激光接收端(17)安装在数控机床待测轴的滑台上；
激光器(1)发出激光，激光被第一棱镜反射镜(2)反射后，再经过第一分光镜(3)后分成两束激光，透过第一分光镜(3)的激光经过第二分光镜(4)后分成两束激光，透过第二分光镜(4)的激光经过第三分光镜(5)后分成两束激光，透过第三分光镜(5)的激光照射到第一四象限探测器(6)上，实现水平直线度与竖直直线度的测量，并作为该测量装置的二维直线度测量结果；
被第三分光镜(5)反射的激光经过第一凸透镜(7)聚焦在第一二维位置敏感探测器(8)上，实现俯仰角、偏摆角测量；
被第二分光镜(4)反射的激光经过第二凸透镜(12)聚焦在第二二维位置敏感探测器(13)上，实现透过第二分光镜(4)的激光角度漂移测量；
被第一分光镜(3)反射的激光被第二棱镜反射镜(9)反射，被第二棱镜反射镜(9)反射的激光经过第四分光镜(10)后分成两束激光，透过第四分光镜(10)后的激光照射到第二四象限探测器(11)上，实现水平直线度与竖直直线度的测量，该测量装置只利用第二四象限探测器(11)的竖直方向直线度，并结合第一四象限探测器(6)的竖直方向直线度实现滚转角测量；
被第四分光镜(10)反射的激光经过第三凸透镜(14)聚焦在第三二维位置敏感探测器(15)上，实现透过第四分光镜(10)的激光角度漂移测量。


2.一种收发分体式五自由度测量方法，基于权利要求1所述的收发分体式五自由度测量装置，其特征在于，用于实现俯仰角、偏摆角、滚转角、水平直线度以及竖直直线度的五自由度测量，具体包括以下步骤：
a.实现俯仰角、偏摆角测量，当激光接收端(17)存在俯仰角εx时，第一二维位置敏感探测器(8)上光斑沿y轴方向移动Δy8，第一凸透镜(7)的焦距为f7，俯仰角εx用式(1)表示：



当激光接收端(17)存在偏摆角εy时，第一二维位置敏感探测器(8)上光斑沿z轴方向移动Δz8，第一凸透镜(7)的焦距为f7，偏摆角εy用式(2)表示：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，张聪，傅骁，刘文正，苏宇浩，余珍鑫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12