一种用于同时测量旋转轴六自由度运动误差的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于同时测量旋转轴六自由度运动误差的系统。该系统包括：光路连接的光源、测量单元和误差敏感单元；测量单元对光源发出的激光进行处理并传输至误差敏感单元，根据误差敏感单元返回的衍射光和反射光测量旋转轴六自由度运动误差；误差敏感单元包括环形光栅、第一角锥棱镜、正多面棱体和面型反射镜，环形光栅固定于第一角锥棱镜的斜面中心位置上；误差敏感单元固定于旋转轴的端面中心位置处，且环形光栅、第一角锥棱镜、正多面棱体、面型反射镜以及旋转轴五者的旋转中心轴重合，对测量单元入射的光进行衍射和回射。本系统无需伺服回转系统即可实现旋转轴的六自由度运动误差同时测量，极大的提高了测量效率和测量精度。测量精度。测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于同时测量旋转轴六自由度运动误差的系统


[0001]本专利技术涉及空间几何精度检测
，尤其涉及一种用于同时测量旋转轴六自由度运动误差的系统。

技术介绍

[0002]对旋转轴的多自由度运动误差的测量主要包括基于激光的干涉、衍射、准直以及几何光学等光学测量方法，以及通过球杆仪和R
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test等进行旋转轴误差测量的非光学测量方法。上述的光学测量方法的测量精度较高，但受环境影响较大，其中，有的无法实现旋转轴六自由度运动误差的同时测量，有的方法需要进行多次安装，而有的则需要伺服回转系统，从而导致引入多种误差。而球杆仪和R
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test等进行旋转轴误差测量的非光学测量方法具有测量设备简单、使用方便等优点，但是这些非光学测量方法基本都为间接测量，需要通过复杂的解耦计算来分离各个自由度的误差，不利于误差补偿。
[0003]专利CN106595480公开了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，可实现转轴六自由度几何误差同时测量，但是该方法仍需要伺服跟踪单元，从而引入伺服回转误差及安装误差等。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于同时测量旋转轴六自由度运动误差的系统，其特征在于，包括：依次光路连接的光源(1)、测量单元(24)和误差敏感单元(23)；光源(1)为激光器，用于发出激光；测量单元(24)用于对光源(1)发出的激光进行处理并传输至误差敏感单元(23)，并根据误差敏感单元(23)返回的衍射光和反射光测量旋转轴六自由度运动误差；所述误差敏感单元(23)包括环形光栅(6)、第一角锥棱镜(7)、正多面棱体(25)和面型反射镜(20)，且正多面棱体的侧面数量为不少于3的整数，所述环形光栅(6)固定于第一角锥棱镜(7)的斜面中心位置上，所述环形光栅(6)和所述第一角锥棱镜(7)的组合体嵌套在正多面棱体(25)中，所述环形光栅(6)、所述第一角锥棱镜(7)和所述正多面棱体(25)的组合体固定于面型反射镜(20)的底面中心处；所述误差敏感单元(23)固定于旋转轴(22)的端面中心位置处，且环形光栅(6)、第一角锥棱镜(7)、正多面棱体(25)、面型反射镜(20)和旋转轴(22)五者的旋转中心轴重合，所述误差敏感单元(23)用于对所述测量单元(24)发送过来的激光进行衍射和回射。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量单元(24)中的光电探测器根据误差敏感单元(23)的环形光栅(6)的衍射光(+1，0)级次或(
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1，0)级次实现对旋转轴二维倾斜角度的测量，测量单元(24)中的光电探测器根据误差敏感单元(23)的环形光栅(6)的衍射光(0，0)级次实现对光线角度漂移的监测和对旋转轴二维径向跳动误差的测量；测量单元(24)通过第一偏振分光棱镜处的参考光和误差敏感单元(23)返回的环形光栅(6)的衍射光(0，0)级次透射的测量光干涉测量旋转轴轴向跳动误差；测量单元(24)中的光电探测器根据误差敏感单元(23)的面型反射镜(20)的反射光实现对旋转轴转角定位误差的测量。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测量单元(24)包括：光纤(2)、准直器(3)、二分之一波片(4)、第一偏振分光棱镜(5)、第一分光棱镜(8)、第一光电探测器(9)、第二分光棱镜(10)、第一透镜(11)、第二光电探测器(12)、第二透镜(13)、第三光电探测器(14)、第二角锥棱镜(15)、干涉测量轴向跳动误差装置(16)、第三分光棱镜(17)、第二偏振分光棱镜(18)、四分之一波片(19)以及第四光电探测器(21)；其中，光纤(2)、准直器(3)、二分之一波片(4)、第一偏振分光棱镜(5)、第三分光棱镜(17)顺序连接作为入射光路，入射光路用于对光源发出的激光进行处理，将处理后的激光传输至误差敏感单元(23)；第一偏振分光棱镜(5)与第二角锥棱镜(15)连接作为参考光路，光线在第一偏振分光棱镜(5)的偏振分光面处分解为两路振动方向相互垂直的线偏振光，其中一路线偏振光经参考光路反射后，作为干涉测量的参考光；第一分光棱镜(8)用于接收误差敏感单元(23)的环形光栅(6)的(0，0)级次衍射光，并将衍射光进行透射和反射，反射光入射至第一光电探测器(9)作为第一出射光路，第一出射光路用于实现旋转轴二维径向跳动误差的测量；第一分光棱镜(8)的透射光入射至第二分光棱镜(10)进行透射和反射，反射光入射至第一透镜(11)和第二光电探测器(12)作为第二出射光路，用于实现对光线角度漂移的监测；所述第二分光棱镜(10)的透射光入射至第一偏振分光棱镜(5)，通过第一偏振分光棱
镜(5)直接透射出作为第三光路，第三光路的测量光与参考光路的参考光一同通过干涉测量轴向跳动误差装置，实现干涉测量旋转轴轴向跳动误差；第二透镜(13)、第三光电探测器(14)顺序光路连接作为第四光路，第四光路根据误差敏感单元(23)的环形光栅(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家琨，伍李鸿，张海峰，冯其波，何启欣，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：