[发明专利]用激光干涉仪测量数控机床圆轨迹的装置

说明书

技术领域：

本发明与采用激光差动干涉原理测量数控机床圆轨迹的方法有关。

背景技术：

数控机床的圆轨迹指主轴和工作台之间的相对圆运动的轨迹，名义圆轨迹与实际圆轨迹的偏差是数控机床的重要技术指标，包括圆滞后H、圆偏差G和半径偏差F三个检测项目，圆滞后H和圆偏差G主要由两个线性轴线圆弧插补误差产生，半径偏差F是绝对偏差。

数控机床的圆轨迹的测量采用回转的一维测头、或圆盘和二维测头、或球杆仪,也有直接采用二维编码器的检测方法。 

在 “用激光干涉法测量数控机床圆轨迹”（授权公告日2009年6月17日，授权公告号：CN100500369C）中提出采用激光差动干涉测量数控机床圆轨迹的方法中，由基座、横臂、夹持器、滑块构成的直角坐标机构是产生差动干涉的载体，但是由于结构复杂，存在一些难以避免的误差：

① 由于滑块与横臂的侧隙和横臂与基座的侧隙，当机床运动到拐点时（指机床在X或Y方向运动反向的瞬时），造成空程误差。

② 由于基座存在导轨的不直度误差，在横臂沿Y方向运动时的偏摆角直接造成阿贝误差（Y方向）和余弦误差（X方向）；同样，由于横臂存在导轨的不直度误差，在滑块沿X方向运动时也会产生相应的阿贝误差和余弦误差。

由于采用了直角坐标机构，上述误差不可避免，所以测量精度难以提高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，测量精度高的用激光干涉仪测量数控机床圆轨迹的装置。

本发明是这样实现的：

本发明用激光干涉仪测量数控机床圆轨迹的装置，激光干涉仪的激光头置于数控机床的工作台上或工作台之外，分光镜、第一反射镜、第二反射镜置于工作台上，工作台沿Y轴方向运动，激光头、分光镜和第一反射镜位于与Y轴平行的第一轴线，分光镜、第二反射镜位于与X轴平行的第二轴线，第一、二长镜固定于棱镜基体上并且反射面垂直、棱镜基体与夹持器固连，夹持器与数据机床主轴固连，主轴沿X轴方向运动，通过第一、二反射镜的光与第一、二长镜镜面垂直，激光干涉仪有放大器、电子处理器和微机。

第一、二长镜为长直角棱镜。

第一、二长镜为长平面反射镜，在分光镜与第一反射镜之间的第一轴线上有第一λ/4波片，在分光镜与第二反射镜之间的第二轴线上有第二λ/4波片，分光镜另一侧的第二轴线上有第三反射镜，第一、二、三反射镜镜面与第一或第二轴线夹角为45°。

其测量步骤如下：

①将长镜、棱镜基体(15)和夹持器(16)构成的组件通过夹持器(16)安装于机床主轴，将激光头(9)、分光镜(10)、第一、二反射镜(12)和(11)置于数控机床的工作台上，并使机床主轴尽量位于数控机床工作区的中央，电子处理器(19)置零，建立坐标原点；

②控制数控机床主轴沿X方向或者工作台沿Y方向移动轨迹的名义半径距离R₀；

③机床主轴绕坐标原点以R₀为半径，作圆轨迹运动，同时数控系统（21）按照旋转角β发出采样信号给电子处理器（19）采集激光干涉仪的读数，在微机（20）中进行误差计算，得到实际圆轨迹曲线；二个长镜的位移值分别为X（β）、Y（β）；

④按照式（5）和式（6）计算各点的误差值ΔR_（β）：

根据R_（β）合成得到实际圆轨迹，

对应各坐标点的误差值：

根据GB/T17421.4-2003的规定，计算出圆滞后H、圆偏差G和半径偏差F。

本发明提出用激光干涉仪测量数控机床圆轨迹的结构，由于结构简练，测量线与尺寸线重合，不会产生空程误差、阿贝误差和余弦误差，在长直角棱镜或长平面反射镜的长度范围内，可以测量任意半径的圆轨迹，在测量半径偏差F（绝对偏差）时，无需标定。

附图说明：

图1为本发明采用长直角棱镜的结构图。

图2为激光干涉仪电路框图。

图3为以差值表示的名义圆轨迹和实际圆轨迹。

图4为计算后的实际圆轨迹。

图5为本发明采用长反射镜的结构图。

具体实施方式：

实施例1：采用长直角棱镜的结构