[发明专利]激光校准仪

说明书

本申请是申请号为03815949.X、申请日为2003年7月7日、发明名称为“激光校准仪”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于测量直线轨迹偏差的光学装置。具体而言，本发明涉及一种光学装置，用于测量第一机器组件相对于第二机器组件的运动中的直线轨迹偏差。机器组件可以是坐标定位仪的一部分，可包括，例如机床或者坐标测量机。

背景技术

当机器组件沿着轨迹运动时，其运动偏差通常包括围绕机器的一个或者多个轴的转动，这些轴一般被称为X，Y和Z轴，相应的偏差标称为俯仰、滚转和平摆误差。运动的直线度也有误差，它包括机器组件相对于主运动轴的横向偏差。

美国专利4939678公开了一种校准坐标测量机的方法，其中激光测量头安装在仪器的第一部分，反射组件安装在机器的第二部分。从激光测量头发射出一对光束，经过反射组件反射后射向激光测量头中的一对四象限光电池(quad cell)。这些四象限光电池上返回光束的位置实现了对反射组件的直线度和滚转的测量。一束分离光束、平面镜及探测器用来测量俯仰和平摆。这个系统只能测量18个自由度。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于测量第一物体相对于第二物体运动中偏差的装置，包括：

可安装于第一物体上的发射器单元；

可安装于第二物体上的光学单元；

其中发射器单元至少将一束光指引向光学单元；

其中，发射器单元和光学单元的其中之一装配了两个或者多个探测器，以探测两束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束，

其中，用于发射或者探测每束光束的光学结构基本上相同。

发射是指光束的有效开始并且可包括例如光纤末端。

优选地，探测器包括像素的二维阵列。探测器可以包括诸如电荷耦合器件(CCD)，CMOS传感器或者电荷注入器件(CID)。

优选地，光学单元安装在活动的物体上。优选地，光学单元没有可能导致不希望的运动或是影响精度的拖尾导线。优选地，此仪器还包括直线位移测量仪，例如干涉仪。这可包括发射器单元中的光源，用来产生指引向光学单元的光束，光学单元中的回射器，用来反射射向发射器单元的光，以及发射器单元中的第四探测器，用来探测返回的光束。

本发明的第二个方面提供了一种用于测量第一物体和第二物体间相对运动中偏差的装置，此装置包括：

可安装于第一物体上的发射器单元和可安装于第二物体上的光学单元；

发射器单元装有一个或者多个探测器且其中发射器单元至少将一束光指引向光学单元；

该光学单元装有三个回射器以反射射向发射器单元的三束光束；

其中，一个或者多个探测器上的三束反射光束的位置被用来确定在五个自由度上运动轨迹相对于直线的偏差。

优选地，该五个自由度为俯仰、平摆、滚转和沿着两个轴的直线度，此二轴垂直于第一或者第二物体的运动轴。

本发明的第三个方面提供了用于测量机器各轴的垂直度的装置，该机器具有可彼此相对运动的第一和第二部件，该装置包括：

安装于第一机器部件上的基座单元；

安装于基座单元上的发射器单元，基座单元以及发射器单元的至少一个表面设置有配合元件，以便在发射器单元的多个已知的相应朝向上确定发射器单元相对于基座单元的位置，从而确定至少一束光束的方向；

安装于第二机器部件上的光学单元；

其中，发射器单元至少将一束光束指引向光学单元；

其中，发射器单元和光学单元其中之一装配了一个或者多个探测器，以探测一束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束；

因而通过沿着基座单元的两轴对发射器单元进行定向并测量至少一个探测器上的至少一束光束的偏差，就能够确定该两轴的垂直度。

本发明的第四方面提供了一种用于测量第一物体相对于第二物体运动中偏差的装置，包括：

可安装于第一物体上的发射器单元；

可安装于第二物体上的光学单元；

其中，发射器单元至少将一束光束指引向光学元件；

其中，发射器单元和光学单元其中之一装有一个或者多个探测器，以探测一束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束；

其中，以探测器上光束的位置作为反馈来调整发射器单元的位置或改变第二物体的运动矢量，以便在第一和第二物体的相对运动过程中将光束保持在探测器上。

附图说明

本发明的实施例将通过一个实例并参照附图进行说明，附图包括：

图1是安装于坐标测量机上的测量装置的示意图；