[发明专利]一种二维共平面工作台六自由度实时测量系统

说明书

本发明公开了一种二维共平面工作台六自由度实时测量系统，针对二维工作台设置测量单元；二维工作台中二维移动台以面面接触安装在固定基座上，在固定基座上以平面间的相互滑动实现XOY面的二维运动，形成二维共平面工作台；测量单元包括X向测量单元和Y向测量单元，由各自单元的CCD测量模块和位移测量模块构成；测量系统基于CCD测量模块中CCD传感器检测获得的图像实现对二维工作台的直线度运动误差和角度误差的实时测量，基于激光干涉仪对X向和Y向的运动位移进行实时测量，由此实现二维共平面工作台六自由度实时测量系统。本发明能够满足在高精度坐标测量机和机床中的应用；其共平面设计的XY二维工作台能有效减小堆叠式二维工作台运动耦合造成的机构误差。

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，更具体地说涉及运动平台的六自由度误差实时测量系统。

背景技术

二维XY工作台广泛应用在机床、坐标测量机等加工和测量设备上，工作台的定位精度对整机的加工和测量精度起着决定性的作用。传统的堆叠式二维工作台由两个单独的一维线性移动台呈90°互相垂直堆叠而成，以此实现X、Y两个方向的独立运动。但这种形式的二维工作台两个方向运动的导向面不在同一个平面上，两个平面之间相隔一定的距离，这个距离会造成定位过程中的阿贝误差，并且一个方向导向面的平面度会对另一个方向的定位精度造成复杂的影响，这种结构的二维工作台通常只能达到微米级别的精度。

同时，工作台在运动过程中会不可避免地产生另外两个方向的直线度运动误差和绕X、Y、Z轴转动的角度误差，从而降低空间定位精度。常见的直线度运动误差标定和测量方法是在离线的环境下完成的，通过更高精度的直线度误差测量仪器对工作台的直线度误差进行分段标定和拟合，从而获得工作台在任意位置的直线度运动误差，用于补偿工作台的定位精度。这种方法成本昂贵，并且每次工作时都需要重复标定，费时费力，对设备使用人员提出了很高的要求。常见角度测量方式是使用光电自准直仪，该设备价格昂贵，体积庞大，不利于集成在工作台内使用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种二维共平面工作台六自由度实时测量系统，以满足高精度坐标测量机和机床的使用场景，实现六自由度误差实时测量，提高二维工作台的定位精度。

本发明为实现发明目的采用如下技术方案：

本发明二维共平面工作台六自由度实时测量系统的特点是针对二维工作台设置测量单元；

所述二维工作台中的二维移动台以面面接触安装在固定基座上，并能够在所述固定基座上以平面间的相互滑动实现XOY面中X向和Y向二维运动，形成二维共平面工作台，Z向为垂直于XOY面的竖直方向；

所述测量单元包括X向测量单元和Y向测量单元，所述X向测量单元和Y向测量单元是由各自单元的CCD测量模块和位移测量模块构成，所述位移测量模块采用干涉仪，所述干涉仪为激光干涉仪；

所述测量系统基于CCD测量模块中CCD传感器检测获得的图像实现对二维工作台的直线度运动误差和角度误差的实时测量；并基于激光干涉仪对X向和Y向的运动位移进行实时测量，由此实现二维共平面工作台六自由度实时测量系统。

本发明二维共平面工作台六自由度实时测量系统的特点也在于：所述X向测量单元由X向CCD测量模块和用于测量X向位移量的X向干涉仪构成，所述X向干涉仪的测量光轴呈X向，X向干涉仪中的X向测量镜固定安装在二维移动台上，随所述二维移动台移动，X向干涉仪中的X向参考镜固定安装在X向测量单元固定座上；所述Y向测量单元由Y向CCD测量模块和用于测量Y向位移量的Y向干涉仪构成，所述Y向干涉仪的测量光轴呈Y向，Y向干涉仪中的Y向测量镜固定安装在二维移动台上，随所述二维移动台移动，Y向干涉仪中的Y向参考镜固定安装在Y向测量单元固定座上。