[发明专利]一种用于大长度导轨直线度测量的方法和系统

说明书

本发明公开了一种用于大长度导轨直线度测量的方法和系统，涉及几何误差测量技术领域。测量系统包括导轨、固定台架、运动平台、第一激光干涉仪、第一干涉镜组、第一反射镜组、第二激光干涉仪、第二干涉镜组和第二反射镜组，第一干涉镜组设置在第一激光干涉仪和第一反射镜组之间，第二干涉镜组设置在第二激光干涉仪和第二反射镜组之间，第一反射镜组和第二反射镜组设置在运动平台上，第一激光干涉仪和第二激光干涉仪设置在固定台架上；通过沿导轨长度方向移动运动平台，即可测得反射镜组移动的位移，从而测得导轨的直线度。采用本发明的测量方法测量可同时测量导轨x、y或x、z方向的位移，简化了测量步骤，减小了测量误差。

技术领域

本发明涉及几何误差测量技术领域，尤其涉及一种用于大长度导轨直线度测量的方法和系统。

背景技术

直线度是指被测实际轮廓线相对于理想直线的变动量，是几何误差测量中比较基础的一项，是其它误差(如：平面度、垂直度、平行度、同轴度)测量的基础。导轨是机床的重要组成部分，导轨的直线度直接关系着机床各部件的相对位置关系和运动关系，关系着零件加工的质量，因此，直线度误差测量对于机加工具有重要意义。

目前，直线度测量主要分为传统测量法和激光测量法，传统测量法主要包括：水平仪法、测微仪法、钢丝法等，这些测量方法步骤繁琐，测量精度底、测量距离短，并且受环境影响较大；激光测量法主要包括激光光强测量法、激光相位测量法，对应的测量仪器主要有激光干涉仪、激光跟踪仪、激光自准直仪等；如图1所示，激光干涉仪的测量原理为：激光源发出的光束作为输入光束经由分光镜分成两路光，一路光作为参考光束经由第一反射镜反射，另一路光作为测量光束经由第二反射镜反射，经过反射的参考光束和测量光束经由分光镜合为一路，作为叠加光束输入到探测器，探测器将光信号转化成电信号，通过移动第二反射镜，探测器感知到光信号的变化，从而解析出线性位移的变化情况。激光干涉仪具有测量精度高的特点，可以实现0.4μm/1m精度的测量，但测量距离通常小于30m，测量距离短。

授权公告号为CN 110455226 A的中国发明专利公开了“一种激光准直收发一体式直线度测量的标定系统及方法”，其在XY平面内设置了一路平行于X方向的光路，并在垂直于X方向设置了另一光路，通过朝X方向移动位移台，即可同时测量X方向、Y方向的位移，但移动台的移动距离不大于1cm，无法实现更长距离的测量；文献[1]公开了“一种二维基线导轨直线度的测量方法”，实现了48m长导轨水平、竖直方向上直线度的一次性测量，并且测量结果不大于0.5mm，其中，激光束照在激光接收器上的二维PSD传感器光敏面上形成激光点，激光几何测量系统感应并采集光敏面上光斑的空间位置信息，即可同时完成水平方向、竖直方向上偏移量的测量，然而，光敏面上光斑的大小会直接影响测量结果的准确性，对于更高精度的测量则无法实现。

激光跟踪仪可以实现测量半径为80m范围内的测量，相比激光干涉仪，激光跟踪仪的测量范围更大，但在较长距离的测量过程中，激光跟踪仪的测量精度较低，最小误差仅能达到0.8107mm左右。在器件校准、误差溯源等领域，对测量结果的精确度较高，尤其是对于长度大于30m的大长度直线导轨平台等设备的直线度测量结果的误差精度要求较高，需要在0.45mm以内，才能满足标定的精确度要求。因此，如何实现长度大于30m的导轨直线度测量，并且将测量误差控制在0.45mm以内，是技术人员亟须解决的问题。

文献[1]：卞伟,郝彦彬,谢平,陈晓宁.一种二维基线导轨直线度的测量方法[J].上海计量测试,2019,46(05):17-20.

发明内容

本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于大长度导轨直线度测量的方法和系统，能够实现长度大于30m的导轨直线度测量，并且提高了测量精度；通过在导轨上设置两台激光干涉仪、与激光干涉仪配套的干涉镜组和反射镜组，能够同时测量导轨的x、y方向(x：导轨长度方向，y：导轨宽度方向)或x、z方向(z：导轨高度方向)的位移，进而测得导轨的水平直线度或垂直直线度，减小了测量误差。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。