[发明专利]机床单轴运动的几何误差的检测设备及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床单轴运动的几何误差的检测领域，特别是涉及机床单轴运动的几何误差的检测设备及其检测方法。

背景技术

随着航空航天、军工、船舶、汽车等行业对精密零件加工的要求越来越高，机床的精度性能显得更加重要，提高数控机床精度的研究倍受重视。尺寸精度是决定数控机床加工精度的最重要因素，而数控机床的几何精度是影响尺寸精度的直接原因。对于机床单轴运动的几何误差的测量是提高机床几何精度的基础环节，如何准确测量或辨识误差项成为国内外学者关注的焦点。

国内外许多学者对数控机床单轴运动的几何误差检测方法进行了较广泛而深入的研究，先后出现了9线法，10线法，14线法，激光跟踪法，基于激光干涉仪三坐标测量机综合误差检定，基于开普勒激光干涉仪分步对角线法等各种检测方法。其中，九线法测量方法简单，快捷，应用范围最广。但是，九线法受激光干涉仪的反射镜的摆放误差的影响，在一些高精密测量场合，辨识精度往往达不到要求，导致数控机床无法有效地识别几何误差并进行纠正，因而无法满足数控机床对加工精度的要求。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供机床单轴运动的几何误差的检测设备，本发明的另一目的是提供机床单轴运动的几何误差的检测设备的检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

机床单轴运动的几何误差的检测设备，包括处理器、激光干涉仪、干涉镜组、反射镜组、用于安装干涉镜组的支架以及用于安装在机床单轴上的固定平台，所述固定平台下部水平地设有滑动导轨，所述滑动导轨上设有垂直于滑动导轨且可沿滑动导轨滑动的Y向导轨，所述Y向导轨上设有垂直于Y向导轨且可沿Y向导轨滑动的X向导轨，所述X向导轨上设有垂直于X向导轨且可沿X向导轨滑动的Z向滑动平台；

所述固定平台上设有第一光栅尺，所述Y向导轨上设有第二光栅尺，所述X向导轨上设有第三光栅尺，所述第一光栅尺、第二光栅尺及第三光栅尺均与处理器连接，所述反射镜组安装在Z向滑动平台上；

所述激光干涉仪发出的激光束被干涉镜组一分为二，其中一部分光束通过干涉镜组后照射到反射镜组上并被反射镜组反射回干涉镜组后从干涉镜组透射返回到激光干涉仪，另一部分光束直接经干涉镜组反射后返回到激光干涉仪。

进一步，所述干涉镜组包括分束器、第一反射镜和第二反射镜，所述反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜，所述激光干涉仪发出的激光束被分束器一分为二，其中一部分光束通过分束器后照射到第三反射镜上并依次经第三反射镜和第四反射镜反射后返回分束器并透射返回到激光干涉仪，另一部分光束依次经第一反射镜和第二反射镜反射后返回分束器并透射返回到激光干涉仪。

进一步，所述X向导轨的侧面设有限位机构。

进一步，所述滑动导轨的数量为两个，该两个滑动导轨平行地设置。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

采用所述的机床单轴运动的几何误差的检测设备的检测方法，包括：

S1、以滑动导轨所在方向为X轴，X向导轨所在方向为Y轴，Y向导轨所在方向为Z轴，建立空间坐标系后，选定空间坐标系的原点后，驱动机床单轴沿Y轴方向运动；

S2、通过调节X向导轨、Y向导轨和Z向滑动平台使得反射镜组位于三个不同位置，同时在每个位置均驱动机床沿X轴移动使得反射镜组沿X轴作直线运动，在运动过程中采用激光干涉仪采集机床单轴的实时误差数据，并采用第一光栅尺、第二光栅尺及第三光栅尺采集反射镜组的实时位置数据；

S3、根据第一光栅尺、第二光栅尺及第三光栅尺采集的反射镜组的实时位置数据，计算位置误差敏感度矩阵，进而获得位置误差敏感度矩阵的最小值对应的三个测量点处反射镜组的实时位置数据后，结合激光干涉仪采集机床单轴的实时误差数据计算获得机床单轴运动的六项几何误差。

进一步，所述步骤S2，包括：

S21、沿线1进行测量：将Y向导轨调节到X向导轨的一侧，同时将Z向滑动平台调节到Y向导轨的最低点，维持反射镜组在Y、Z轴方向不动，驱动机床沿X轴移动使得反射镜组沿X轴作直线运动，整个过程中采用激光干涉仪采集机床单轴的实时误差数据，并采用第一光栅尺、第二光栅尺及第三光栅尺采集反射镜组的实时位置数据；