[实用新型]一种机床五自由度几何运动误差测量系统

说明书

本实用新型公开了一种机床五自由度几何运动误差测量系统，包括激光发射单元、四自由度误差测量单元和滚转误差测量单元；激光发射单元和滚转误差测量端相对基座位置固定，四自由度误差测量单元和滚转误差测量单元中矩形反射镜随载物台移动；四自由度误差测量单元由两个内置二维位移光电传感器感测激光发射单元发出的激光信号，通过两个传感器的输出获得沿机床载物台移动方向上的直线度误差和角度误差；滚转误差测量单元基于激光自准直原理，通过内置的二维位移光电传感器测得沿载物台移动方向上的滚转角误差。本实用新型通过测量能够获得机床五个自由度的几何运动误差，辅助机床安装、调校时的快速测量。

技术领域

本实用新型属于机床精度检测领域，特别涉及一种机床五自由度几何运动误差测量系统。

背景技术

随着精密加工技术的日新月异，越来越多的高精密机床被应用于制造业。机床几何运动误差的大小是决定其整体加工精度的重要指标。因此，机床几何运动误差的获取对于机床的装配、调校及误差补偿有着重要意义。对于传统三轴机床来说，每一根线性移动导轨存在六个自由度的几何运动误差，包括定位误差、垂直和水平直线度误差的三个移动误差，以及俯仰、偏摆和滚转角误差的三个转动误差。目前工业上机床几何运动误差的测量方法主要有激光干涉仪测量法、激光跟踪仪测量法、球杆仪测量法和工件测试法。

激光干涉仪测量法测量精度高，但是对测量环境的要求较高，容易受到干扰导致测量结果存在偏差，且该方法针对不同自由度误差的测量需要更换不同的镜组重新调整干涉光路，测量过程繁琐，效率较低；激光跟踪仪测量法的量程大，能够针对机床工作空间内任一坐标点进行测量，但其精度低，跟踪仪的安装位置和测量点的选取造成的测量不确定度大；球杆仪安装与调校方便快捷，测量方法简单，但其测量精度受到金属球球度和球座圆度影响，对两者的加工精度要求较高，且测量过程中仪器部件的重量所产生的压力会对检测精度造成影响；工件测试法可通过标定对机床各项误差进行分离，但其测量耗时较长，测量标准件笨重。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种结构简单、成本低、安装及调校方便的机床五自由度几何运动误差测量系统，特别实现对机床五自由度几何运动误差进行高精度快速测量。

本实用新型为解决问题采用如下技术方案：

本实用新型机床五自由度几何运动误差测量系统，所述机床包括基座和载物台，所述基座为固定设置，所述载物台配合设置在所述基座上，并能够沿设置在基座上的线性导轨移动；其结构特点是：所述测量系统包括激光发射单元、四自由度误差测量单元和滚转误差测量单元，所述滚转误差测量单元由滚转误差测量端和矩形反射镜构成；所述激光发射单元位于基座的一端头，所述滚转误差测量单元中的滚转误差测量端位于基座的一侧部；所述激光发射单元和滚转误差测量端相对于基座位置固定；所述四自由度误差测量单元固定在载物台上，随载物台移动，四自由度误差测量单元是由两个内置的二维位移光电传感器感测激光发射单元发出的激光信号，根据两个二维位移光电传感器的输出信号获得沿载物台移动方向上的直线度误差和角度误差；所述滚转误差测量单元基于激光自准直原理，通过内置的二维位移光电传感器获得垂直于载物台移动方向上的俯仰角误差。

本实用新型机床五自由度几何运动误差测量系统的特点也在于：

所述激光发射单元由第一半导体激光器、第一偏振分光棱镜、第一四分之一波片、平面反射镜、角度微调装置以及第一滤光片组成；

所述第一半导体激光器发射出的激光依次经过第一偏振分光棱镜和第一四分之一波片之后在平面反射镜上形成反射光，所述反射光经第一滤光片形成第一出射光，以所述第一出射光作为所述四自由度误差测量单元的输入信号；