[发明专利]一种机床工作台五自由度误差同时测量系统及方法

权利要求书

1.一种机床工作台五自由度误差同时测量系统，其特征在于，包括固定端和移动端，固定端安装在机床床身；移动端吸附于机床工作台，随工作台沿导轨运动；固定端包括激光器(1)、反光镜(7)、分光棱镜A(2)和分光棱镜B(4)；其中，激光器(1)和分光棱镜A(2)同一水平线放置，分光棱镜A(2)、分光棱镜B(4)和反光镜(7)并排放置；移动端包括透镜(5)、四象限探测器A(3)、四象限探测器B(6)、四象限探测器C(8)和电路系统板(9)；其中，四象限探测器B(6)放置于透镜(5)的焦平面，四象限探测器A(3)、四象限探测器B(6)和四象限探测器C(8)并排放置，电路系统板(9)紧贴移动端内壁放置。

2.采用权利要求1所述的机床工作台五自由度误差同时测量系统的方法，其特征在于，激光器发射的准直光束依次经过分光棱镜A(2)、分光棱镜B(4)和反光镜(7)，得到三束相互平行的准直光束；还包括步骤如下：

步骤一，调整对光后，由分光棱镜A(2)得到的准直光束投射四象限探测器A(3)，测得二维直线度误差；

步骤二，由分光棱镜B(4)得到的准直光束经透镜(5)聚焦后投射四象限探测器B(6)，测得二维角度误差；

步骤三，由反光镜(7)得到的准直光束投射四象限探测器C(8)，配合投射在四象限探测器A(3)的光斑位置信息，测得滚转角误差；

步骤四，电路系统板(9)将四象限探测器输出的电流信号进行IV转换和AD转换，并通过无线传输与上位机传递信息；由上位机处理电压数据，计算并显示机床工作台的五自由度误差。

3.根据权利要求2所述的机床工作台五自由度误差同时测量系统的方法，其特征在于，步骤一：由分光棱镜A(2)得到的准直光束L1投射四象限探测器A(3)中心位置，感光部分得到准直光斑；若工作台运动时，存在竖直与水平方向的直线度误差，光斑会在四象限探测器A(3)上产生相同的偏移量，测得二维直线度误差，即

式中：Δy、Δz分别为工作台竖直与水平方向的直线度误差；Y1、Z1分别为四象限探测器A(3)测得的光斑在竖直与水平方向的偏移量。

4.根据权利要求2所述的机床工作台五自由度误差同时测量系统的方法，其特征在于，步骤二：由分光棱镜B(4)得到的准直光束L2经过透镜(5)之后会汇聚于四象限探测器B(6)中心位置，感光部分得到准直光斑；若工作台运动时，存在偏摆与俯仰角度误差，准直光斑汇聚位置会在四象限探测器B(6)上产生相应的偏移量，测得二维角度误差，即：

式中：f为透镜焦距；θ_y、θ_z分别为工作台俯仰与偏摆角度误差；Y2、Z2分别为四象限探测器B(6)测得的光斑在竖直与水平方向的偏移量。

5.根据权利要求2所述的机床工作台五自由度误差同时测量系统的方法，其特征在于，步骤三：由反射镜(7)得到的准直光束L3投射四象限探测器C(8)中心位置，感光部分得到准直光斑；通过对工作台同一水平面上固定间隔的2个点处竖直方向的位移变化间接测量滚转角误差；四象限探测器A(3)和四象限探测器C(8)等高放置，它们的Y向初始值相等；若工作台运动时，存在滚转角度误差，其准直光斑分别会在四象限探测器A(3)和四象限探测器C(8)上产生相应的竖直偏移量，测得滚转角误差，即：

式中：θ_x为滚动角误差；Y1、Y3分别四象限探测器A(3)和四象限探测器C(8)测得的竖直方向偏移量；d为四象限探测器A(3)和四象限探测器C(8)的中心距。