一种三维微位移滑块的6自由度误差解耦方法及测量系统技术方案

本发明专利技术涉及精密测量技术领域，特别涉及一种三维微位移滑块的6自由度误差解耦方法及测量系统，包括三维微位移滑块；三维微位移滑块的外表面位于X轴方向设置有X向测量模块，X向测量模块用于测量x向入射光束的初始距离，以及x向+1级主极大衍射光束和x向

【技术实现步骤摘要】
一种三维微位移滑块的6自由度误差解耦方法及测量系统


[0001]本专利技术涉及精密测量
，特别涉及一种三维微位移滑块的6自由度误差解耦方法及测量系统。

技术介绍

[0002]三维微位移滑块广泛应用于工业制造、精密测量等领域，三维微位移滑块的制造精度、装配精度以及控制精度直接影响着精密滑台和精度导轨等直线运动副的运动精度；传统方法使用激光自准直仪、激光干涉仪、千分表、电感测微仪等组合系统实现三维微位移滑块6自由度误差的精密测量，无法避免测量效率低、测量系统复杂的问题。
[0003]为此设计一种简单的测量系统，并采用6自由度误差快速分离和解耦方法，对实现三维微位移滑块6自由度误差的在线、实时测量起到至关重要的作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种三维微位移滑块的6自由度误差解耦方法及测量系统，主要解决了现有技术中所提到的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种三维微位移滑块的测量系统，包括三维微位移滑块；
[0007]所述三维微位移滑块的外表面位于x轴方向设置有X向测量模块，所述X向测量模块用于测量x向入射光束的初始距离，以及x向+1级主极大衍射光束和x向
‑
1级主极大衍射光束与x向入射光束的夹角；
[0008]所述三维微位移滑块的外表面位于y轴方向设置有Y向测量模块，所述Y向测量模块用于测量y向入射光束的初始距离，以及y向+1级主极大衍射光束和y向
‑
1级主极大衍射光束与y向入射光束的夹角；
[0009]所述三维微位移滑块的外表面位于z轴方向设置有Z向测量模块，所述Z向测量模块用于测量z向入射光束的初始距离，以及z向+1级主极大衍射光束和z向
‑
1级主极大衍射光束与z向入射光束的夹角。
[0010]优选的，所述X向测量模块包括：
[0011]x向角度位移台，所述x向角度位移台的外表面远离所述三维微位移滑块的一侧安装有x向反射式光栅，所述x向反射式光栅用于接受x向入射光束，并产生x向+1级主极大衍射光束和x向
‑
1级主极大衍射光束；
[0012]x向传感器连接板，所述x向传感器连接板与所述x向角度位移台平行设置，且所述x向传感器连接板位于所述x向角度位移台远离所述三维微位移滑块的一侧，所述x向传感器连接板的外表面靠近所述反射式光栅的一侧安装有x向第一光电位置传感器和x向第二光电位置传感器，所述x向第一光电位置传感器用于接受x向+1级主极大衍射光束，所述x向第二光电位置传感器用于接受x向
‑
1级主极大衍射光束。
[0013]优选的，所述Y向测量模块包括：
[0014]y向角度位移台，所述y向角度位移台的外表面远离所述三维微位移滑块的一侧安装有y向反射式光栅，所述y向反射式光栅用于接受y向入射光束，并产生y向+1级主极大衍射光束和y向
‑
1级主极大衍射光束；
[0015]y向传感器连接板，所述y向传感器连接板与所述y向角度位移台平行设置，且所述y向传感器连接板位于所述y向角度位移台远离所述三维微位移滑块的一侧，所述y向传感器连接板的外表面靠近所述反射式光栅的一侧安装有y向第一光电位置传感器和y向第二光电位置传感器，所述y向第一光电位置传感器用于接受y向+1级主极大衍射光束，所述y向第二光电位置传感器用于接受y向
‑
1级主极大衍射光束。
[0016]优选的，所述Z向测量模块包括：
[0017]z向角度位移台，所述z向角度位移台的外表面远离所述三维微位移滑块的一侧安装有z向反射式光栅，所述z向反射式光栅用于接受z向入射光束，并产生z向+1级主极大衍射光束和z向
‑
1级主极大衍射光束；
[0018]z向传感器连接板，所述z向传感器连接板与所述z向角度位移台平行设置，且所述z向传感器连接板位于所述z向角度位移台远离所述三维微位移滑块的一侧，所述z向传感器连接板的外表面靠近所述反射式光栅的一侧安装有z向第一光电位置传感器和z向第二光电位置传感器，所述z向第一光电位置传感器用于接受z向+1级主极大衍射光束，所述z向第二光电位置传感器用于接受z向
‑
1级主极大衍射光束。
[0019]优选的，所述x向角度位移台、所述y向角度位移台和所述z向角度位移台分别通过角度调节装置安装在所述三维微位移滑块上；
[0020]其中，所述角度调节装置包括设置在三个角度位移台上的第一调节螺钉、第二调节螺钉、第三调节螺钉和钢球，以及设置在三维微位移滑块上的第一调节螺钉窝坑、第二调节螺钉窝坑、第三调节螺钉顶板和钢球窝坑，所述第一调节螺钉的螺杆端部安装在第一调节螺钉窝坑内，所述第二调节螺钉的螺杆端部安装在第二调节螺钉窝坑内，所述第三调节螺钉安装在第三调节螺钉顶板上，所述钢球嵌入安装在所述钢球窝坑内，且所述第一调节螺钉、所述第二调节螺钉和所述第三调节螺钉上分别安装有拉簧，用于所述第一调节螺钉、所述第二调节螺钉和所述第三调节螺钉失去旋转力后带动三维微位移滑块进行复位。
[0021]进一步优选的，所述x向角度位移台上的第一调节螺钉，用于驱动x向角度位移台绕钢球沿y轴旋转，使得x向反射式光栅绕y轴旋转；
[0022]所述x向角度位移台上的第二调节螺钉，用于驱动x向角度位移台绕钢球沿z轴旋转，使得x向反射式光栅绕z轴旋转；
[0023]所述x向角度位移台上的第三调节螺钉，用于驱动x向角度位移台绕钢球沿x轴旋转，使得x向反射式光栅绕x轴旋转；
[0024]所述x向角度位移台上第一调节螺钉、第二调节螺钉和第三调节螺钉，用于将x向角度位移台调整x向+1级主极大衍射光束和x向
‑
1级主极大衍射光束构成的光平面与x向反射式光栅的栅线垂直。
[0025]进一步优选的，所述y向角度位移台上的第一调节螺钉，用于驱动y向角度位移台绕钢球沿x轴旋转，使得y向反射式光栅绕x轴旋转；
[0026]所述y向角度位移台上的第二调节螺钉，用于驱动y向角度位移台绕钢球沿z轴旋转，使得y向反射式光栅绕z轴旋转；
[0027]所述y向角度位移台上的第三调节螺钉，用于驱动y向角度位移台绕钢球沿y轴旋转，使得y向反射式光栅绕y轴旋转；
[0028]所述y向角度位移台上的第一调节螺钉、第二调节螺钉和第三调节螺钉，用于将y向角度位移台调整至y向+1级主极大衍射光束和y向
‑
1级主极大衍射光束构成的光平面与y向反射式光栅的栅线垂直。
[0029]进一步优选的，所述z向角度位移台上的第一调节螺钉，用于驱动z向角度位移台绕钢球沿y轴旋转，使得z向反射式光栅绕y轴旋转；
[0030]所述z向角度位移台上的第二调节螺钉，用于驱动z向角度位移台绕钢球沿x轴旋转，使得z向反射式光栅绕x轴旋转；
[0031]所述z向角度位移台上的第三调节螺钉，用于驱动z向角度位移台绕钢球沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维微位移滑块的测量系统，包括三维微位移滑块(1)，其特征在于：所述三维微位移滑块(1)的外表面位于x轴方向设置有X向测量模块，所述X向测量模块用于测量x向入射光束(11)的初始距离，以及x向+1级主极大衍射光束(12)和x向
‑
1级主极大衍射光束(13)与x向入射光束(11)的夹角；所述三维微位移滑块(1)的外表面位于y轴方向设置有Y向测量模块，所述Y向测量模块用于测量y向入射光束(14)的初始距离，以及y向+1级主极大衍射光束(15)和y向
‑
1级主极大衍射光束(16)与y向入射光束(14)的夹角；所述三维微位移滑块(1)的外表面位于z轴方向设置有Z向测量模块，所述Z向测量模块用于测量z向入射光束(17)的初始距离，以及z向+1级主极大衍射光束(18)和z向
‑
1级主极大衍射光束(19)与z向入射光束(17)的夹角。2.根据权利要求1所述的一种三维微位移滑块的测量系统，其特征在于,所述X向测量模块包括：x向角度位移台(2)，所述x向角度位移台(2)的外表面远离所述三维微位移滑块(1)的一侧安装有x向反射式光栅(3)，所述x向反射式光栅(3)用于接受x向入射光束(11)，并产生x向+1级主极大衍射光束(12)和x向
‑
1级主极大衍射光束(13)；x向传感器连接板(20)，所述x向传感器连接板(20)与所述x向角度位移台(2)平行设置，且所述x向传感器连接板(20)位于所述x向角度位移台(2)远离所述三维微位移滑块(1)的一侧，所述x向传感器连接板(20)的外表面靠近所述反射式光栅的一侧安装有x向第一光电位置传感器(21)和x向第二光电位置传感器(22)，所述x向第一光电位置传感器(21)用于接受x向+1级主极大衍射光束(12)，所述x向第二光电位置传感器(22)用于接受x向
‑
1级主极大衍射光束(13)。3.根据权利要求2所述的一种三维微位移滑块的测量系统，其特征在于,所述Y向测量模块包括：y向角度位移台(4)，所述y向角度位移台(4)的外表面远离所述三维微位移滑块(1)的一侧安装有y向反射式光栅(5)，所述y向反射式光栅(5)用于接受y向入射光束(14)，并产生y向+1级主极大衍射光束(15)和y向
‑
1级主极大衍射光束(16)；y向传感器连接板(23)，所述y向传感器连接板(23)与所述y向角度位移台(4)平行设置，且所述y向传感器连接板(23)位于所述y向角度位移台(4)远离所述三维微位移滑块(1)的一侧，所述y向传感器连接板(23)的外表面靠近所述反射式光栅的一侧安装有y向第一光电位置传感器(24)和y向第二光电位置传感器(25)，所述y向第一光电位置传感器(24)用于接受y向+1级主极大衍射光束(15)，所述y向第二光电位置传感器(25)用于接受y向
‑
1级主极大衍射光束(16)。4.根据权利要求3所述的一种三维微位移滑块的测量系统，其特征在于,所述Z向测量模块包括：z向角度位移台(6)，所述z向角度位移台(6)的外表面远离所述三维微位移滑块(1)的一侧安装有z向反射式光栅(7)，所述z向反射式光栅(7)用于接受z向入射光束(17)，并产生z向+1级主极大衍射光束(18)和z向
‑
1级主极大衍射光束(19)；z向传感器连接板(26)，所述z向传感器连接板(26)与所述z向角度位移台(6)平行设置，且所述z向传感器连接板(26)位于所述z向角度位移台(6)远离所述三维微位移滑块(1)
的一侧，所述z向传感器连接板(26)的外表面靠近所述反射式光栅的一侧安装有z向第一光电位置传感器(27)和z向第二光电位置传感器(28)，所述z向第一光电位置传感器(27)用于接受z向+1级主极大衍射光束(18)，所述z向第二光电位置传感器(28)用于接受z向
‑
1级主极大衍射光束(19)。5.根据权利要求4所述的一种三维微位移滑块的测量系统，其特征在于：所述x向角度位移台(2)、所述y向角度位移台(4)和所述z向角度位移台(6)分别通过角度调节装置安装在所述三维微位移滑块(1)上；所述x向角度位移台(2)上的角度调节装置，用于调节所述x向反射式光栅(3)分别沿y轴、z轴和x轴旋转；所述y向角度位移台(4)上的角度调节装置，用于调节所述y向反射式光栅(5)分别沿x轴、z轴和y轴旋转；所述z向角度位移台(6)上的角度调节装置，用于调节所述z向反射式光栅(7)分别沿y轴、x轴和z轴旋转。6.根据权利要求5所述的一种三维微位移滑块的测量系统，其特征在于：所述角度调节装置包括设置在角度位移台上的第一调节螺钉(8)、第二调节螺钉(9)、第三调节螺钉(10)和钢球(37)，以及设置在所述三维微位移滑块(1)上的第一调节螺钉窝坑(40)、第二调节螺钉窝坑(39)、第三调节螺钉顶板(41)和钢球窝坑(38)，所述第一调节螺钉(8)的螺杆端部安装在所述第一调节螺钉窝坑(40)内，所述第二调节螺钉(9)的螺杆端部安装在所述第二调节螺钉窝坑(39)内，所述第三调节螺钉(10)安装在所述第三调节螺钉顶板(41)上，所述钢球(37)嵌入安装在所述钢球窝坑(38)内，且所述第一调节螺钉(8)、所述第二调节螺钉(9)和所述第三调节螺钉(10)上分别安装有拉簧(42)，用于所述第一调节螺钉(8)、所述第二调节螺钉(9)和所述第三调节螺钉(10)失去旋转力后带动所述三维微位移滑块(1)进行复位。7.一种三维微位移滑块的6自由度误差解耦方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、获取三维微位移滑块(1)沿x轴的角度量ε
x
、沿y轴的角度量ε
y
和沿z轴的角度量ε
z
，所述三维微位移滑块(1)沿x轴的角度量ε
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹云祥，
申请(专利权)人：西安德普赛科计量设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：