[发明专利]一种基于多瞄准装置的复合坐标测量系统

摘要

本发明涉及一种基于多瞄准装置的复合坐标测量系统，属于测量技术领域。本发明包括坐标测量机、激光干涉仪、电感测微仪、光电显微镜、机械运动系统、可调整工作台和嵌入式控制及数据处理系统。采用由嵌入式控制系统、机械运动系统、激光干涉仪、电感测微仪、可调整工作台组合成的符合阿贝原则的一维高精度接触式坐标测量系统以及由嵌入式控制系统、三坐标测量机、机械运动系统、激光干涉仪、光电显微镜、可调整工作台组合成的符合阿贝原则的一维高精度非接触式坐标测量系统，可实现不同被测件，如实现球棒、步距规、量块、卡规、环规、螺纹、线纹尺、分化板等多种长度计量器等所需要的测量功能，一机多用，社会效益前景广阔。

主权项

一种基于多瞄准装置的复合坐标测量系统，其特征在于，包括：包括坐标测量机、激光干涉仪、电感测微仪、光电显微镜、机械运动系统、可调整工作台和嵌入式控制及数据处理系统；坐标测量机包括坐标测量机测头系统、光栅系统以及坐标机控制系统；坐标测量机测头系统的功能是探测被测件的位置并将当前状态反馈给坐标测量控制系统；光栅系统的功能是作为坐标测量机的长度测量基准，给控制系统提供准确的位置信息；坐标机控制系统的功能为接收坐标测量机测头系统反馈的被测件的位置及当前状态信息；坐标测量机的功能是利用X轴精密直线导轨、Y轴精密直线导轨、Z轴精密直线导轨、光栅系统、坐标测量机测头系统、坐标机控制系统、机械运动系统及嵌入式控制及数据处理系统进行三维尺寸测量；激光干涉仪通过固定机构安装在坐标测量机的基座上，包括稳频激光器、干涉镜、偏振分光镜、聚光镜、准直镜、反射镜和环境传感器；激光干涉仪采用激光波长作为长度测量基准，符合直接溯源米定义的要求；环境传感器均匀布置在被测件上；稳频激光器发出的线偏振光经由聚光镜和准直镜后形成一束准直光束，该光束由偏振分光镜分成两束偏振方向相互垂直的线偏振光，一束到达固定角锥反射镜形成参考光束；另一束到达移动角锥反射镜形成测量光束；返回的测量光和参考光重合形成干涉信号，并投射到光电系统；光电系统将干涉信号转换成电信号，送到嵌入式控制及数据处理系统；激光干涉仪的功能是利用高精度的环境传感器对环境参数进行实时采集并对空气折射率和热膨胀的影响加以补偿实现一维高精度测长，并将其测量的位置发送到嵌入式控制及数据处理系统；电感测微仪固定在坐标测量机Z轴上，功能是采用电感测量原理将电感测微仪连接到嵌入式控制及数据处理系统并使X轴精密直线导轨、Z轴精密直线导轨共同移动，当测针上的触头在测量方向与被测件表面接触时，电感测微仪将触头压深量转化为电信号同时产生触发信号，并通过嵌入式控制及数据处理系统读取后转化为位移量，并使该系统记录当前激光干涉仪的位置；光电显微镜在测量端面时采用像点原理，利用光源在测量面上形成一缩小实像光学像点，该像点恰好位于显微镜的物平面上；光电显微镜通过桥框安装在坐标测量机的基座上；当测量刻线时，光电显微镜直接将刻线成像于光电接收器的狭缝上，产生触发信号，用于光电瞄准；光电显微镜的功能为将像点经显微物镜成像于光电接收器的狭缝上，产生触发信号，瞄准端面或刻线位置，并将该瞄准状态发送到嵌入式控制及数据处理系统，并使该系统记录当前激光干涉仪的位置；坐标测量机、光电显微镜、电感测微仪、激光干涉仪彼此间通过数据线相互连接并通过数据线连接到到嵌入式控制及数据处理系统，同时嵌入式控制及数据处理系统控制复合坐标测量系统的各分系统，采集各个系统的数据，并计算得到相应的测量结果；机械运动系统包括移动工作台、三轴精密直线导轨、三轴电机及驱动装置；三轴精密直线导轨分别为X轴精密直线导轨、Y轴精密直线导轨以及Z轴精密直线导轨；三轴电机及驱动装置分别为X轴电机及驱动装置、Y轴电机及驱动装置以及Z轴电机及驱动装置；移动工作台主要用来承载被测件，面积应满足测量的要求；三轴精密直线导轨、三轴电机及驱动装置是本系统的运动机构，用来移动被测件及测头到指定位置；三轴导轨的直线度、垂直度应能满足相应测量误差的要求；机械运动系统的功能是提供三轴准确位移，即提供高精度直线运动；可调整工作台固定于移动工作台之上，其功能为用来固定被测件并调整被测件的姿态；其具有两方向调整功能，分别为调整被测件的轴线与测量轴线重合，完全符合阿贝原则，减少阿贝误差，提高测量精度；嵌入式控制及数据处理系统包括激光干涉仪、坐标测量机、机械运动系统、电感测微仪、光电显微镜各装置的供电电路、控制电路以及主控制器；嵌入式控制系统可嵌入到坐标测量机的控制系统中，各供电电路以及控制电路分别与激光干涉仪、坐标测量机、机械运动系统、电感测微仪、光电显微镜各装置相连，用来直接控制各装置；嵌入式控制及数据处理系统的功能为向各装置发送指令并反馈状态信息；驱动三轴电机转动，带动三轴移动到其工作行程的任意位置，进而驱动电感测微仪、光电显微镜瞄准被测件的被测位置，并通过反馈的结果计算被测件的坐标，进而计算出对应被测尺寸；切换2种测长装置光栅系统、激光干涉仪以及3种瞄准装置测头系统、电感测微仪、光电显微镜，实现不同的测量功能。