[发明专利]一种空气主轴振动精密测量装置及其方法

摘要

一种空气主轴振动精密测量装置及其方法，属于超精密加工中振动测量领域，解决现有测量装置存在无法准确地测量高速运动物体的问题和现有测量方法存在测量角度和方向不准确以及缺少准确的数据分析的问题，用于高速旋转空气主轴振动的测量。本发明的精密测量装置，包括隔振平台、支撑框架、主轴固定组件、正X向激光组件、Z向激光组件、Y向激光组件、负X向激光组件、红外线测量组件、下斜方棱镜组件、上斜方棱镜组件、角锥棱镜组件；本发明的测量方法，包括激光束对焦步骤、测量空气主轴跳动量步骤、计算偏心距步骤、计算圆度误差步骤和计算振动量步骤。通过本发明的装置和方法，可以准确地获得空气主轴在尺度100纳米以内的振动。

主权项

1.一种空气主轴振动精密测量装置，包括隔振平台(10)、支撑框架(20)、主轴固定组件(30)、正X向激光组件(40)、Z向激光组件(50)、Y向激光组件(60)、负X向激光组件(70)、红外线测量组件(80)、下斜方棱镜组件(90)、上斜方棱镜组件(100)、角锥棱镜组件(110)，其特征在于：所述支撑框架(20)为框架结构，包括左前立柱(21)、左后立柱(22)、右前立柱(23)、右后立柱(24)、左上横梁(25)、右上横梁(26)、上连接梁(27)、前横梁(28)和后横梁(29)；左前立柱(21)、左后立柱(22)、右前立柱(23)和右后立柱(24)互相平行，垂直固定于所述隔振平台(10)上，左前立柱(21)和左后立柱(22)顶端通过左上横梁(25)连接，构成门框形，右前立柱(23)和右后立柱(24)顶端通过右上横梁(26)连接，构成门框形，左上横梁(25)和右上横梁(26)通过上连接梁(27)连接；左前立柱(21)和右前立柱(23)之间通过前横梁(28)连接，左后立柱(22)和右后立柱(24)之间通过后横梁(29)连接；所述主轴固定组件(30)位于所述支撑框架(20)内，包括主轴固定架(32)、主轴支撑架(33)、主轴夹头(34)、连接杆(35)和标准球(36)，主轴固定架(32)安装在主轴支撑架(33)上，用于夹持空气主轴(31)，主轴支撑架(33)通过螺栓固定在隔振平台(10)上；在进行测量时，主轴夹头(34)安装在待测空气主轴(31)一端，用于夹持连接杆(35)，连接杆(35)末端粘接标准球(36)，所述标准球的尺寸精度小于100纳米，圆度优于50纳米；所述正X向激光组件(40)、Z向激光组件(50)、Y向激光组件(60)、负X向激光组件(70)的组成和结构完全相同；所述正X向激光组件(40)包括正X向激光头(41)、正X向光学调整架(42)和正X向位移平台(43)，正X向激光头(41)安装在正X向光学调整架(42)上，后者固定在正X向位移平台(43)上，正X向位移平台(43)固定在支撑框架(20)的前横梁(28)上，实现正X向光学调整架(42)在XZ平面内的运动；Z向激光组件(50)包括Z向激光头(51)、Z向光学调整架(52)和Z向位移平台(53)，Z向激光头(51)安装在Z向光学调整架(52)上，后者固定在Z向位移平台(53)上，Z向位移平台(53)固定在升降平台(54)上，升降平台(54)固定在隔振平台(10)上，Z向位移平台(53)实现Z向光学调整架(52)在XZ平面内的运动，升降平台(54)实现Z向位移平台(53)在XY平面内的运动(Y向的运动)；Y向激光组件(60)包括Y向激光头(61)、Y向光学调整架(62)和Y向位移平台(63)，Y向激光头(61)安装在Y向光学调整架(62)上，后者固定在Y向位移平台(63)上，Y向位移平台(63)固定在支撑框架(20)的上连接梁(27)上，实现Y向光学调整架(62)在YZ平面内的运动；负X向激光组件(70)包括负X向激光头(71)、负X向光学调整架(72)和负X向位移平台(73)，负X向激光头(71)安装在负X向光学调整架(72)上，后者固定在负X向位移平台(73)上，负X向位移平台(73)固定在支撑框架(20)的后横梁(29)上，实现负X向光学调整架(72)在XZ平面内的运动；所述红外线测量组件(80)由红外线传感器(81)和红外磁力表座(82)组成，红外线传感器(81)通过红外磁力表座(82)固定在隔振平台(10)上；所述下斜方棱镜组件(90)和上斜方棱镜组件(100)的组成和结构完全相同：下斜方棱镜组件(90)由下斜方棱镜(91)和下磁力表座(92)构成；上斜方棱镜组件(100)由上斜方棱镜(101)和上磁力表座(102)构成；所述角锥棱镜组件(110)由角锥棱镜(111)、棱镜光学调整架(112)和棱镜磁力表座(113)构成；当对各激光组件中激光头所发出激光束进行对焦时，下斜方棱镜(91)通过下磁力表座(92)固定在隔振平台(10)上，而上斜方棱镜(101)通过上磁力表座(102)固定在上连接梁(27)上；角锥棱镜(111)安装在棱镜光学调整架(112)上，棱镜光学调整架(112)再通过棱镜磁力表座(113)固定在隔振平台(10)上。