[实用新型]一种基于热稳定性设计的机床五自由度误差测量装置

说明书

本实用新型公开一种基于热稳定性设计的机床五自由度误差测量装置，包括激光发射端和激光接收端，激光发射端由激光发射端上面板、激光发射端后面板、激光发射端下面板、激光发射端前面板、光学窗口、激光发射端光路部分、激光发射端电路部分组成；激光接收端由激光接收端上面板、激光接收端前面板、激光接收端后面板、激光接收端下面板、镜筒、激光接收端电路部分、激光接收端光路部分构成；本实用新型在发射端与接收端中将电路部分和光路部分集成于一体的同时进行分层隔离设计，缩小了测量装置的体积；通过外壳热传导设计，减弱了热应力导致的激光器及角锥棱镜、平面镜等反射元件的机械形变，提高了装置的热稳定性。

技术领域

本实用新型属于精密测量技术领域，特别是一种基于热稳定性设计的机床五自由度误差测量装置。

背景技术

机床是制造业的重要载体，其发展迅速，普及范围广，为制造业的发展注入了新的活力。随着现代机械制造技术的飞速发展，对各种数控机床的加工精度提出了更高的要求，采用恰当的方法提高机床的精度具有十分重要的意义。典型的三轴机床包括21项几何误差，分别是各轴对应的六自由度误差以及每两轴之间的正交误差，而六自由度误差包括定位误差、二维直线度误差、俯仰角、偏摆角以及滚转角。目前常用的测量手段如激光干涉仪，激光跟踪干涉仪、球杆仪等，每次只能测量一个参数，要完成所有参数的测量既费时费力又大大降低生产效率，进而影响经济效益。因此，机床误差的快速有效测量是提高数控机床加工精度的关键。

基于激光准直与自准直原理实现多自由度测量是一种结构简单易于集成、成本低的方法。目前国内外出现了许多激光准直方法与技术，但这些方法与技术或测量系统复杂，造成测量头体积大，或没有考虑合理的热稳定性设计，造成测量精度不足，故只停留在实验室阶段，未能应用于机床现场测量。专利号2019109776237，“带光路漂移补偿的收发分体式五自由度测量装置与方法”中提出一种基于激光准直与自准直原理实现测量的机床三轴五自由度测头，可同时测量激光角度漂移实现补偿，实现多自由度测量且可集成于数控机床。目前，该方法的测量精度及稳定性受到空气扰动、激光漂移、机械形变、光电传感器的标定误差等因素影响，其中，激光器及角锥棱镜、平面镜等反射元件的机械形变是影响多自由误差同时测量精度的主要因素之一，而激光器及角锥棱镜、平面镜等反射元件的机械形变主要受到测量装置电路发热而产生的热变形影响。同时，为了保证机床五自由度误差测量的精度和可靠性，对机械件加工和设计装配提出了更高的要求。因此，研制一种基于热稳定性设计的机床五自由度误差测量装置具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于热稳定性设计的机床五自由度误差测量装置，用于实现适合远距离测量、可补偿激光角度漂移、便于集成在数控机床中且成本低的现场机床五自由度误差测量。本实用新型通过分层隔离设计，将机床五自由度误差测量装置电路部分与光路部分分层隔离，两层之间填补隔热材料，把热量隔绝在光路部分之外，同时电路部分和光路部分集成于一体，缩小了测量装置的体积；通过外壳热传导设计，将电路部分产生的热量传导于测量装置外部，通过装置外部空气对流散热，减弱了热应力导致的激光器及角锥棱镜、平面镜等反射元件的机械形变，提高了装置的热稳定性。本实用新型可推广用于多种机床现场测量场合，实现高精度、远距离、在线多自由度机床误差测量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于热稳定性设计的机床五自由度误差测量装置，包括激光发射端和激光接收端，所述激光发射端由激光发射端上面板、激光发射端后面板、激光发射端下面板，激光发射端前面板，光学窗口，激光发射端光路部分、激光发射端电路部分组成；

所述激光发射端电路部分由激光器、激光发射端印制电路板和激光发射端散热板构成；

所述激光发射端光路部分由光纤缠绕盘、激光发射端光路底板、激光准直器，第一棱镜反射镜，第一分光镜，第二分光镜，第二凸透镜，第二二维位置敏感探测器，第二棱镜反射镜，第四分光镜，第三凸透镜，第三二维位置敏感探测器构成；