一种基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，包括转角测量组件、位移测量组件、俯仰角测量组件及姿态检测光干涉模组，转角测量组件包括固定座、旋转座及转角测量光干涉模组，旋转座与固定座转动连接；转角测量光干涉模组设于旋转座上以测量旋转座的转动角度；位移测量组件包括移动座及位移测量光干涉模组，移动座滑动地设于旋转座上，位移测量光干涉模组设于旋转座及移动座上，以测量移动座的位移；俯仰角测量组件包括俯仰座及俯仰角测量光干涉模组，俯仰座转动地装设于移动座上，俯仰角测量光干涉模组装设在移动座及俯仰座上，以测量俯仰座的摆动角度；姿态检测光干涉模组装设于俯仰座上。其能够提高对主轴旋转偏离情况测量的精度。偏离情况测量的精度。偏离情况测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置


[0001]本专利技术涉及测量装置，具体涉及一种基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置。

技术介绍

[0002]机床的精度直接影响加工工件的精度，而机床要保证准确的精度，主轴是关键。主轴是数控机床中的核心设备之一，担负着从机床电动机接受动力并将之传递给其他机床部件的重要责任。工作中，要求主轴必须承担着一定的载荷量，以及保持适当的旋转速度的前提条件下，带动其控制范围内的工作或者刀具，绕主轴旋转中心线进行旋转，主轴的旋转精度决定了机床的加工精度。
[0003]主轴的旋转精度是以其瞬时旋转中心线与理想旋转中心线的相对位置来决定。在主轴正常工作旋转时，由于主轴、轴承等的制造精度和装配、调整精度，主轴的转速、轴承的设计和性能以及主轴部件动态特征等机械原因，造成了主轴的瞬时旋转中心线往往会与理想旋转中心线在位置上产生一定的偏离。在加工过程中，主轴可能会沿与轴垂直的方向发生径向跳动，或以轴上某点以中心，发生角度摆动等，这些运动都会降低主轴的旋转精度。
[0004]因此，当机床修理后，或是当该机床用于加工一新的工件时，都需要在正式加工前检验机床工作时的主轴旋转偏离的情况，以根据测得数据采取相应的加工控制策略。现有主轴的精度测量方法主要有：
[0005](1)静态测量法：其是一种在低速旋转环境下测定主轴旋转精度的方法，具体操作流程是，在无载荷条件下手动缓慢转动主轴，或控制主轴进行低速转动，利用千分表进行测量，测出最大度数和最小，计算二者之差，即为主轴的旋转精度。然而，该方法具有以下缺点：一是静态测量法是在低速旋转环境下，而不是在主轴实际工作速度下进行的测量，因此，不能够反映出真正的主轴旋转精度；二是利用千分表进行测量为接触式测量，测量时千分表需与主轴表面相抵，千分表给与主轴一在主轴实际加工时不存在的径向力，该径向力会加剧主轴旋转时的偏离幅度，影响对主轴旋转偏离情况的测量精度。
[0006](2)动态测量法：其是一种在主轴实际的工作转速下，采用非接触式测量装置，测出主轴旋转时的偏离情况。目前普遍采用的测量方法是：将一个标准圆球安装在主轴上，再将两个位移传感器以互成直角的方式，安装在主轴运动的两个敏感方向上，主轴旋转时，两个位移传感器同时测量回转轴在不同敏感方向上的误差信息，测量信号经放大后，由信号分析仪器或电子计算机进行处理，将结果输出到示波器上，或绘制出相应的误差图形曲面。这种测量方法能够比较真实、全面地反应主轴的旋转精度情况，然，其采用位移传感器来检测主轴旋转的偏移情况，位移传感器测量精度通常仅到微米级，传感器通常安装在主轴相关联的底座上，其会跟随主轴振动其也会产生相应的振动，导致动态测量的精度降低，难以满足一些高精密机床的需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决上述
技术介绍
中提出的技术问题之一，提供一种基于光干涉
的主轴旋转偏离情况测量装置，其能够提高对主轴旋转偏离情况测量的精度。
[0008]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0009]一种基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，包括转角测量组件、位移测量组件、俯仰角测量组件及姿态检测光干涉模组，转角测量组件包括固定座、旋转座及转角测量光干涉模组，旋转座与固定座转动连接，并能够相对固定座绕一第一轴线自转；转角测量光干涉模组装设于旋转座上，以测量旋转座的转动角度；位移测量组件包括移动座及位移测量光干涉模组，移动座滑动地装设于旋转座上，位移测量光干涉模组装设于旋转座及移动座上，以测量移动座相对旋转座滑动的位移；俯仰角测量组件包括俯仰座及俯仰角测量光干涉模组，俯仰座转动地装设于移动座上，并能够相对移动座绕一第二轴线摆动，第二轴线与第一轴线及移动座的可滑动方向均垂直，俯仰角测量光干涉模组装设在移动座及俯仰座上，以测量俯仰座相对移动座的摆动角度；姿态检测光干涉模组装设于俯仰座上，用于检测旋转座的转动角度、移动座滑动的位移及俯仰座的摆动角度是否与主轴偏离情况一致。
[0010]进一步地，旋转座包括座体、随动齿轮及两个移动齿条，座体与固定座转动连接，随动齿轮固定于座体上，随动齿轮的中心轴与第一轴线同轴；两移动齿条均滑动地装设于座体上并分别与随动齿轮的相对两侧啮合，转角测量光干涉模组装设于座体及两移动齿条上。
[0011]进一步地，转角测量光干涉模组包括转角测量光源、转角测量分光镜、转角测量直角反射镜、两个转角测量角锥反射棱镜及一转角测量光电探测器，转角测量光源、转角测量分光镜、转角测量直角反射镜均固定于座体上，转角测量分光镜装设于转角测量光源的出射光路上，转角测量直角反射镜位于转角测量分光镜背向转角测量光源的一侧，两个转角测量角锥反射棱镜分别固定于两移动齿条上，转角测量光电探测器位于转角测量分光镜背向转角测量角锥反射棱镜的一侧；转角测量分光镜将转角测量光源的出射光一部分反射至其中一转角测量角锥反射棱镜上，经该转角测量角锥反射棱镜折射后平行出射并再次经过转角测量分光镜入射到转角测量光电探测器上；转角测量分光镜将转角测量光源出射光的另一部分投射至转角测量直角反射镜上，转角测量直角反射镜将投射过来的出射光反射至另一转角测量角锥反射棱镜上，经对应的转角测量角锥反射棱镜折射后平行出射，并依次经过转角测量直角反射镜、转角测量分光镜入射到转转角测量光电探测器上。
[0012]进一步地，位移测量光干涉模组包括位移测量光源、位移测量分光镜、移动反射镜、固定反射镜及位移测量光电探测器，位移测量光源、位移测量分光镜及移动反射镜均固定于移动座上，固定反射镜固定于旋转座上，位移测量分光镜及固定反射镜依次设于位移测量光源发射光的光路上，移动反射镜及位移测量光电探测器分别设于位移测量分光镜的相对两侧；位移测量分光镜将位移测量光源的出射光一部分反射至移动反射镜上，经该移动反射镜反射后经过位移测量分光镜入射到位移测量光电探测器上；位移测量分光镜将位移测量光源的出射光另一部分沿位移测量光源出射光的光路投射至固定反射镜上，经固定反射镜反射后经过位移测量分光镜反射到位移测量光电探测器上。
[0013]进一步地，所述基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置还包括设于位移测量光源出射光的光路上并位于位移测量分光镜与固定反射镜之间的光路折叠组件，光路折叠组件包括沿位移测量光源出射光的光路相对间隔设置的两个反射镜组，两反射镜组分别固定于移动座及旋转座上，两反射镜组之间形成间隔腔；每一反射镜组包括两排第一直角棱镜、
一平行四边形反射镜及一第二直角棱镜；每排第一直角棱镜中的若干第一直角棱镜沿第一方向排列，所述第一方向与间隔腔的长度方向平行，第一直角棱镜用对应的两直角面对光产生反射；每一反射镜组中两排第一直角棱镜沿与所述第一方向及所述位移测量光源出射光的光路方向均垂直的第二方向设置；两反射镜组的第一直角棱镜的斜面相对，两反射镜组的第一直角棱镜错开设置；平行四边形反射镜设置于其中一排第一直角棱镜中的相邻两个第一直角棱镜之间；第二直角棱镜设置于对应反射镜组的一端，且第二直角棱镜与第一直角棱镜相互垂直，第二直角棱镜的主截本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，其特征在于，包括：转角测量组件(10)，包括固定座(12)、旋转座(14)及转角测量光干涉模组(16)，旋转座(14)与固定座(12)转动连接，并能够相对固定座(12)绕一第一轴线(50)自转；转角测量光干涉模组(16)装设于旋转座(14)上，以测量旋转座(14)的转动角度；位移测量组件(20)，包括移动座(21)及位移测量光干涉模组(23)，移动座(21)滑动地装设于旋转座(14)上，位移测量光干涉模组(23)装设于旋转座(14)及移动座(21)上，以测量移动座(21)相对旋转座(14)滑动的位移；俯仰角测量组件(30)，包括俯仰座(31)及俯仰角测量光干涉模组(34)，俯仰座(31)转动地装设于移动座(21)上，并能够相对移动座(21)绕一第二轴线(60)摆动，第二轴线(60)与第一轴线(50)及移动座(21)的可滑动方向均垂直，俯仰角测量光干涉模组(34)装设在移动座(21)及俯仰座(31)上，以测量俯仰座(31)相对移动座(21)的摆动角度；以及姿态检测光干涉模组(40)，其装设于俯仰座(31)上，用于检测旋转座(14)的转动角度、移动座(21)滑动的位移及俯仰座(31)的摆动角度是否与主轴(200)偏离情况一致。2.如权利要求1的基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，其特征在于，旋转座(14)包括座体(140)、随动齿轮(145)及两个移动齿条(146)，座体(140)与固定座(12)转动连接，随动齿轮(145)固定于座体(140)上，随动齿轮(145)的中心轴与第一轴线(50)同轴；两移动齿条(146)均滑动地装设于座体(140)上并分别与随动齿轮(145)的相对两侧啮合，转角测量光干涉模组(16)装设于座体(140)及两移动齿条(146)上。3.如权利要求2的基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，其特征在于，转角测量光干涉模组(16)包括转角测量光源(161)、转角测量分光镜(162)、转角测量直角反射镜(163)、两个转角测量角锥反射棱镜(164)及一转角测量光电探测器(165)，转角测量光源(161)、转角测量分光镜(162)、转角测量直角反射镜(163)均固定于座体(140)上，转角测量分光镜(162)装设于转角测量光源(161)的出射光路上，转角测量直角反射镜(163)位于转角测量分光镜(162)背向转角测量光源(161)的一侧，两个转角测量角锥反射棱镜(164)分别固定于两移动齿条(146)上，转角测量光电探测器(165)位于转角测量分光镜(162)背向转角测量角锥反射棱镜(164)的一侧；转角测量分光镜(162)将转角测量光源(161)的出射光一部分反射至其中一转角测量角锥反射棱镜(164)上，经该转角测量角锥反射棱镜(164)折射后平行出射并再次经过转角测量分光镜(162)入射到转角测量光电探测器(165)上；转角测量分光镜(162)将转角测量光源(161)出射光的另一部分投射至转角测量直角反射镜(163)上，转角测量直角反射镜(163)将投射过来的出射光反射至另一转角测量角锥反射棱镜(164)上，经对应的转角测量角锥反射棱镜(164)折射后平行出射，并依次经过转角测量直角反射镜(163)、转角测量分光镜(162)入射到转转角测量光电探测器(165)上。4.如权利要求1的基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，其特征在于，位移测量光干涉模组(23)包括位移测量光源(231)、位移测量分光镜(232)、移动反射镜(234)、固定反射镜(233)及位移测量光电探测器(235)，位移测量光源(231)、位移测量分光镜(232)及移动反射镜(234)均固定于移动座(21)上，固定反射镜(233)固定于旋转座(14)上，位移测量分光镜(232)及固定反射镜(233)依次设于位移测量光源(231)发射光的光路上，移动反射镜(234)及位移测量光电探测器(235)分别设于位移测量分光镜(232)的相对两侧；
位移测量分光镜(232)将位移测量光源(231)的出射光一部分反射至移动反射镜(234)上，经该移动反射镜(234)反射后经过位移测量分光镜(232)入射到位移测量光电探测器(235)上；位移测量分光镜(232)将位移测量光源(231)的出射光另一部分沿位移测量光源(231)出射光的光路投射至固定反射镜(233)上，经固定反射镜(233)反射后经过位移测量分光镜(232)反射到位移测量光电探测器(235)上。5.如权利要求4的基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置，其特征在于，所述基于光干涉的主轴旋转偏离情况测量装置还包括设于位移测量光源(231)出射光的光路上并位于位移测量分光镜(232)与固定反射镜(233)之间的光路折叠组件(24)，光路折叠组件(24)包括沿位移测量光源(231)出射光的光路相对间隔设置的两个反射镜组(240)，两反射镜组(240)分别固定于移动座(21)及旋转座(14)上，两反射镜组(240)之间形成间隔腔(241)；每一反射镜组(240)包括两排第一直角棱镜(242)、一平行四边形反射镜(243)及一第二直角棱镜(244)；每排第一直角棱镜(242)中的若干第一直角棱镜(242)沿第一方向排列，所述第一方向与间隔腔(241)的长度方向平行，第一直角棱镜(242)用对应的两直角面对光产生反射；每一反射镜组(240)中两排第一直角棱镜(242)沿与所述第一方向及所述位移测量光源(231)出射光的光路方向均垂直的第二方向设置；两反射镜组(240)的第一直角棱镜(242)的斜面相对，两反射镜组(240)的第一直角棱镜(242)错开设置；平行四边形反射镜(243)设置于其中一排第一直角棱镜(242)中的相邻两个第一直角棱镜(242)之间；第二直角棱镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：林澎，孙荣敏，丁伟，潘宇倩，张宏献，王文军，冯树强，钟礼君，孙颖，于祥昱，常志鹏，
申请(专利权)人：柳州工学院，
类型：发明
国别省市：