一种精密竖直平面校正系统和内部误差补偿方法技术方案

本发明专利技术涉及一种精密竖直平面校正系统和内部误差补偿方法，精密竖直平面校正系统包括X直线运动台、Z直线运动台、控制器、电脑以及每个直线运动台所嵌入的六自由度误差在线测量系统，内嵌的六自由度误差在线测量系统包括四自由度测量模块、滚动角测量模块和光栅定位模块三个部分，可实时测量X和Z运动台的几何误差；根据本发明专利技术所提出的误差补偿方法将测量点的几何误差转移到目标点位置，建立目标点的误差模型，将计算所得目标点的空间误差反馈到控制系统中进行在线补偿，从而提高校正平面的定位精度。该校正系统结构简单、成本低、可根据需求生成任意精密平面图案，其内部嵌入的六自由度误差在线测量系统具备模块化、便携安装、精度高等优点。度高等优点。度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种精密竖直平面校正系统和内部误差补偿方法


[0001]本专利技术属于精密测量
，具体涉及一种精密竖直平面校正系统和内部误差补偿方法。

技术介绍

[0002]平面校正标准件在空间运动设备的标定领域得到了广泛应用，如视觉测量系统、激光跟踪系统等。通常这种标准件采用高精度加工工艺制造，并且针对不同的测量系统往往需要不同的尺寸和形状。因此，如果这种标准件由运动平台构成，可根据需求生成任意高精度形状，这将为各种系统的标定带来极大便利。
[0003]直线平台运动时，存在六自由度误差，这将对空间平面定位精度产生不利影响；并且传统对平台误差的测量多是采用离线方法，当平台工作条件发生变化后，所变化的运动误差无法测量和补偿。因此开发可嵌入式六自由度误差在线测量系统，并采用有效方法进行反馈补偿是提高校正系统定位精度的有效手段。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种精密竖直平面校正系统和内部误差补偿方法，将X和Z运动平台以叠加的方式组成了二维校正平面，并在每个运动平台内部嵌入了六自由度误差测量系统，每个六自由度误差测量系统分为三个模块，进行实时监测运动平台的六项运动误差，并根据所提出的误差补偿方法，建立误差模型，确定空间平面的定位误差，进一步反馈到控制系统进行在线补偿。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种精密竖直平面校正系统，包括X直线运动台、Z直线运动台、控制器、电脑以及每个直线运动台内部所嵌入的六自由度误差在线测量系统；
[0006]所述的X直线运动台水平放置，Z直线运动台通过转接板被竖直堆叠固定在X直线运动台的滑块上，Z直线运动台的滑块上固定有磁吸座，磁吸座吸附有标准靶球；X和Z运动台均通过控制器和电脑进行运动控制；
[0007]所述X和Z运动台内嵌的六自由度误差在线测量系统均包括四自由度测量模块、滚动角测量模块和光栅定位模块，并且每个模块均分为固定部分和移动部分；当X和Z运动台运动时，六自由度误差在线测量系统可测量出所在位置的六项运动误差；
[0008]所述X运动台内嵌的四自由度测量模块的固定部分被安装于底座上，移动部分固定于X运动台的滑块；内嵌的滚动角模块和光栅定位模块分别放置在X运动台的两侧；其中滚动角模块的固定端(长反射镜)被安装在X运动台基座的后侧，移动部分被安装在X运动台的滑块左侧；光栅定位模块的固定端(光栅尺)被安装在X运动台基座的右侧，移动部分(读数头)被安装在X运动台的滑块右侧；
[0009]所述Z运动台内嵌的四自由度测量模块的固定部分被安装于X运动台滑块上的转接板，移动部分固定于Z运动台的滑块上；内嵌的滚动角模块和光栅定位模块分别放置在Z
运动台的两侧；其中滚动角模块的固定端(长反射镜)被安装在Z运动台基座的右侧，移动部分被安装在Z运动台的滑块右侧；光栅定位模块的固定端被安装在Z运动台基座的左侧，移动部分(读数头)被安装在Z运动台的滑块左侧；
[0010]所述四自由度模块的固定部分包括有基板、半导体激光器、位移调整架1、位移调整架2和角度调整架，半导体激光器和两个位移调整架均固定于基板，角度调整架固定于位移调整架2上，位移调整架1和角度调整架放置有直角反射镜；移动部分包括基板、分光棱镜(BS)、位置传感器(PSD)、四象限探测器(QPD)、凸透镜，BS、PSD、QPD1和凸透镜均被固定于基板上，基板固定于被测运动台的滑块上方；固定部分的半导体激光器射出的激光束，经过反射镜反射，到达移动部分，经过BS分成垂直的两束光，其中透射光到达PSD进行两个直线度误差(X：δ
by
(x)、δ
bz
(x)，Z：δ
bx
(z)、δ
by
(z))感测，反射光穿过透镜，聚焦后到达QPD进行俯仰角度误差(X：ε
y
(x)，Z：ε
x
(z))和偏摆角度误差(X：ε
z
(x)，Z：ε
y
(z))感测；
[0011]所述滚动角测量模块的固定部分为长条反射镜，固定于运动台基座一侧；移动部分包括有基板、角度调整架、BS、QPD、凸透镜，BS粘附在角度调整架上，角度调整架、QPD和凸透镜均固定于基板上，基板固定于测运动台的滑块；半导体激光器发射的激光束通过偏振分光棱镜(PBS)和四分之一波片到达长条反射镜，经反射后，再次到达四分之一波片和PBS，经PBS的反射后透过凸透镜聚焦后到达QPD2，感测滚动角误差(X：ε
x
(x)，Z：ε
z
(z))；
[0012]所述光栅定位模块的固定部分为光栅尺，被固定在运动台基座的另一侧；移动部分为读数头，被固定在被测运动台的滑块上，对X和Z平台的线性定位误差(X：δ
ax
(x)，Z：δ
az
(z))进行感测。
[0013]一种使用权利要求1所述的竖直平面校正系统的内部误差补偿方法，该方法包括以下步骤，
[0014]第一步，依据ISO230
‑
1中提供的方法对两运动轴的垂直度误差β
xz
进行测量，目标点的初始高度z0和运动高度z1的影响下，垂直度误差β
xz
产生的空间误差为
[0015][0016][0017][0018]第二步，采用六自由度误差在线测量系统对两个运动轴所在位置的六自由度误差进行测量，所得结果表示为：
[0019]X运动台的运动误差：δ
ax
(x)、δ
by
(x)、δ
bz
(x)、ε
x
(x)、ε
y
(x)、ε
z
(x)；
[0020]Z运动台的运动误差：δ
bx
(z)、δ
by
(z)、δ
az
(z)、ε
x
(z)、ε
y
(z)、ε
z
(z)；
[0021]第三步，依据阿贝布莱恩原则，将各传感器的测量值转移到标准靶球位置处，对X运动轴的位置误差进行表示；
[0022][0023]第四步，依据阿贝布莱恩原则，将各传感器的测量值转移到标准靶球位置处，对Z运动轴的位置误差进行表示；
[0024][0025]X和Z运动台组合后的平面定位误差为：
[0026]E
x
(x，z)＝E
x
(x)+E
x
(z)+β
xz
(z0+z1)
[0027]E
y
(x，z)＝E
y
(x)+E
y
(z)
[0028]E
z
(x，z)＝E
z
(x)+E
z
(z)
[0029]第五步，将所测量的位置误差反馈到控制系统，控制X和Z运动台实时补偿平面定位误差。
[0030]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精密竖直平面校正系统，其特征在于：包括X直线运动台、Z直线运动台、控制器、电脑以及每个直线运动台内部所嵌入的六自由度误差在线测量系统；所述的X直线运动台水平放置，Z直线运动台通过转接板被竖直堆叠固定在X直线运动台的滑块上，Z直线运动台的滑块上固定有磁吸座，磁吸座吸附有标准靶球；X和Z运动台均通过控制器和电脑进行运动控制；所述X和Z运动台内嵌的六自由度误差在线测量系统均包括四自由度测量模块、滚动角测量模块和光栅定位模块，并且每个模块均分为固定部分和移动部分；当X和Z运动台运动时，六自由度误差在线测量系统可测量出所在位置的六项运动误差；所述X运动台内嵌的四自由度测量模块的固定部分被安装于底座上，移动部分固定于X运动台的滑块；内嵌的滚动角模块和光栅定位模块分别放置在X运动台的两侧；其中滚动角模块的固定端(长反射镜)被安装在X运动台基座的后侧，移动部分被安装在X运动台的滑块左侧；光栅定位模块的固定端(光栅尺)被安装在X运动台基座的右侧，移动部分(读数头)被安装在X运动台的滑块右侧；所述Z运动台内嵌的四自由度测量模块的固定部分被安装于X运动台滑块上的转接板，移动部分固定于Z运动台的滑块上；内嵌的滚动角模块和光栅定位模块分别放置在Z运动台的两侧；其中滚动角模块的固定端(长反射镜)被安装在Z运动台基座的右侧，移动部分被安装在Z运动台的滑块右侧；光栅定位模块的固定端被安装在Z运动台基座的左侧，移动部分(读数头)被安装在Z运动台的滑块左侧；所述四自由度模块的固定部分包括有基板、半导体激光器、位移调整架1、位移调整架2和角度调整架，半导体激光器和两个位移调整架均固定于基板，角度调整架固定于位移调整架2上，位移调整架1和角度调整架放置有直角反射镜；移动部分包括基板、分光棱镜(BS)、位置传感器(PSD)、四象限探测器(QPD)、凸透镜，BS、PSD、QPD1和凸透镜均被固定于基板上，基板固定于被测运动台的滑块上方；固定部分的半导体激光器射出的激光束，经过反射镜反射，到达移动部分，经过BS分成垂直的两束光，其中透射光到达PSD进行两个直线度误差(X：δ
by
(x)、δ
bz
(x)，Z：δ
bx
(z)、δ
by
(z))感测，反射光穿过透镜，聚焦后到达QPD进行俯仰角度误差(X：ε
y
(x)，Z：ε
x
(z))和偏摆角度误差(X：ε
z
(x)，Z：ε
y
(z))感测；所述滚动角测量模块的固定部分为长条反射镜，固定于运动台基座一侧；移动部分包括有基板、角度调整架、BS、QPD、凸透镜，BS粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：张记云，娄志峰，范光照，李斌，钱钧，
申请(专利权)人：大连理工高邮研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：