[实用新型]一种高速高精度非接触式三坐标测量机

说明书

技术领域

本实用新型属于精密测量领域，具体涉及一种高速高精度非接触式三坐标测量机。

背景技术

三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高的高精度测量系统，在机械、电子等领域得到广泛应用。三坐标测量机在工作过程中将被测工件的各种几何元素的测量转换为几何元素上点集坐标的测量。在测得这些点的坐标位置后，再由软件按照一定的算法和评定准则算出被测几何元素的尺寸、形状、相对位置等。目前，根据三坐标测量机测头的形式，可将三坐标测量机分为接触式三坐标测量机和非接触式三坐标测量机。非接触式三坐标测量机目前主要有激光点测量和线激光扫描测量两种形式。对于接触式三坐标测量机和非接触式激光点测量三坐标测量机而言，测量过程需要频繁的加速、减速，造成了测量速度较慢。非接触式的线激光扫描测量在测量时加减速过程较少，可以大幅度的提高测量速度，但是由于线激光测量头的自身误差大于3μm，加上测量机本身的运动误差，系统的测量误差一般不小于5μm，使得其测量精度大幅度下降。现代的精密加工以及科学研究往往追求微米级的精度，在生产中一般要求测量不确定度小于制造公差的1/3～1/5。因此无论对于测量精度相对较高的接触式测量，还是非接触测量，均无法完成高精度的测量工作。

目前在三坐标测量和非接触式测量方面已经做了大量工作，如专利“一种基于激光测距的非接触式测量装置(201520858271.0)”和专利“一种非接触式三坐标测量机(201620175137.5)”，都采用激光测量装置，相对传统的接触式测量，测量精度有所提高，但是都采用传统的三轴移动的方式，导致测量速度低下。专利“一种线激光扫描三维轮廓测量方法及装置(201410087213.2)”中，一字线激光在磁致伸缩微位移控制器的控制下摆动，形成被检测物体的扫描面，但是该装置受相机景深和相机成像平面的限制，导致量程小。同时无法精确标定激光器与相机之间的关系，因此测定的精度并不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种高速高精度非接触式三坐标测量机，改变了传统三坐标测量机的运动形式，将测量头一个方向的直线运动改变为被测工件的旋转运动，克服了传统三坐标测量机因频繁加减速而造成的测量速度低下的问题，同时测量头采用高精度的激光位移传感器，可大幅度提高三坐标的测量的精度，满足现代生产制造中对测量精度的需求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高速高精度非接触式三坐标测量机，包括：

机床；

工作台，装接在机床；

主轴，装接在机床且穿出工作台；

载物台，设在工作台上并装接在主轴，载物台可通过主轴带动旋转且二者回转轴线重合；该载物台包括圆盘形的载物台主体，该载物台主体上设有环形滑槽，该环形滑槽内滑动装接有两个可被固定的平衡块；

工件，装接在载物台且可通过载物台带动旋转；

框架，装接在工作台；

第一方向进给机构，装接在框架；

第二方向进给机构，装接在第一方向进给机构；

激光位移传感器，装接在第二方向进给机构，其测量方向与工件相对；该激光位移传感器的测量精度优于10nm，最大采样频率不低于492kHz；

在线动平衡仪，与框架和载物台相连；

用于控制第一方向进给机构和第二方向进给机构的控制器，与第一方向进给机构和第二方向进给机构相连接；

通过主轴带动工件旋转，激光位移传感器通过第一方向进给机构对工件表面进行扫描并采集工件表面的点的位置数据，处理得到工件的三维形貌。

一实施例中：所述在线动平衡仪包括相互连接的振动传感器、转速传感器和动平衡仪主机，该振动传感器与框架相连，该转速传感器装接在工作台且与载物台相连。

一实施例中：所述平衡块上设有紧定螺钉，通过该紧定螺钉将平衡块固定在环形滑槽内。

一实施例中：所述第一方向进给机构的定位精度优于10nm。

一实施例中：所述第一方向进给机构为直线电机；所述第二方向进给机构为直线电机。

一实施例中：所述第一方向进给机构的进给轴线对主轴回转轴线的垂直度误差不大于1μm/200mm。

一实施例中：所述第一方向与第二方向相互垂直。

一实施例中：所述机床由天然大理石制成。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：