[发明专利]一种具有滚动角自校正功能的测量系统及方法

说明书

本发明属于线性工作台的运动精度测量技术领域，公开了一种具有滚动角自校正功能的测量系统及方法。通过双光束来测量滚动角的方式需要从原理上保证两束光平行才能测得准确的滚动角误差，然而由于直角反射镜安装在小型二维角度调整架上，其内部弹簧部件难免在长时间后会有微小变化，以及激光本身角漂等原因，均会导致其两束光之间会产生微小角度变化，从而使双光束产生不平行度影响滚动角误差的测量精度，两束光产生不平行度的情况如附图4所示。两束光之间的不平行度会反映到两个测量俯仰角误差的实准仪上，因此可以通过双示准仪来实时监测双光束不平度之间的变化，然后将其补偿到滚动角中，便可以得到真实的滚动角误差。

技术领域

本发明属于线性工作台的运动精度测量技术领域，具体涉及带有监测双光束不平行度功能的五自由度误差测量系统及方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，在航空航天、军工国防、医疗器械等高端制造领域，由于对零部件的加工精度有着极高的要求，因此对扮演着核心生产力角色的数控机床的加工精度便提出了越来越高的要求。而机床上线性工作台的精度直接影响着数控机床的加工精度，因此对线性工作台进行误差测量是提高机床加工精度关键性的一步。

当机床线性工作台运动时，由于其加工工艺及装配方式有着不可避免的偏差，会产生六个自由度的几何误差，如附图1所示，包括运动轴方向的定位误差(δ_x)、两直线度误差(δ_Z和δy)、偏摆角误差(ε_z)、俯仰角误差(ε_y)以及滚动角误差(ε_x)。而在这六项误差中，对滚动角误差的测量是最难进行的。目前，国内外研究出的滚动角测量方法可大致分为三种，为干涉法、偏振法以及几何光学法。尽管存在大量滚动角的测量方法，但仍分别存在着精度难保证、应用难实现、光路复杂、无法集成体积过大等缺点。例如，基于干涉法中，Lee C设计了一种用于超精密导轨六自由度运动误差测量的测量系统,其角度分辨率可达0.02″，而测量范围较短；在基于偏振法测滚转角误差中，匡翠方等提出一种以1/4波片作为敏感单元的偏振差分测量方法，该方法结构简单，但对光源稳定性要求很高，且其滚转角灵敏度不高；在几何法中，K.C.Fan提出了一种平行双光束法来对滚转角进行间接测量，但该方法对两束光之间的平行度要求极高。

自研五自由度系统所采用的是结构简单，便于集成且造价低的双平行光束法测滚动角，而由于双平行光束法需严格保证其双光束的平行才能准确测量滚动角，因此对双光束不平行度的监测便尤为重要。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种带有监测双光束不平行度功能的五自由度误差测量系统及方法，基于双视准仪实现该监测功能从而提高滚动角误差的测量精度。

具体技术方案为：一种具有滚动角自校正功能的测量系统，包括半导体激光器、第一分光棱镜、第一直角反射镜、第二分光棱镜、第一四象限光电探测器、第一聚焦透镜、第二四象限光电探测器、第三分光棱镜、第三四象限光电探测器、第二聚焦透镜、第四四象限光电探测器、激光测距模块、；

其中，半导体激光器、第一分光棱镜、直角反射镜安装在固定端；第二分光棱镜、第一四象限光电探测器、第一聚焦透镜、第二四象限光电探测器、第三分光棱镜、第三四象限光电探测器、第二聚焦透镜、第四四象限光电探测器、激光测距模块安装在移动端；