[发明专利]应用于机械设备几何误差测量的三自由度激光测量系统

说明书

技术领域

本发明属于激光精密测量技术，具体涉及一种应用于机械设备几何误差测量的三自由度激光测量系统。

背景技术

随着现代加工技术和高端装备精密制造业的发展，对数控机床的加工精度要求越来越高。为了能够生产装配出满足生产需求的高精度精密机床，并且使机床保持高精密状态。对机床几何误差量的检测将成为无法回避的问题。只有检测出机床的几何误差，才能确认生产的机床是否满足要求，并进一步提高机床的加工精度，或者对现有机床的系统误差进行补偿。

一般来说，装调机床的过程需要对各项几何误差进行检测，用于装调到设计精度。机床出厂需要对机床整体误差进行检测，以确认整机性能。在机床的使用过程中，需要定期对机床的几何误差进行检测，以确保机床加工精度没有发生漂移。按照现有的精密机床几何误差检测手段，一次只能检测一个误差量，而对于高精密数控机床，其误差量至少要检测21项，因此，完整的检测完机床的各个误差量，所需要的时间十分冗长，造成十分可观的隐性成本。

人们一直企图解决这一问题，并发展出了许多光学测量方法和技术。概括起来包括：传统的光学方法，基于光的衍射的方法，基于激光追踪的方法和激光干涉与激光准直相结合的方法。其中，基于激光干涉和激光准直是目前应用最先进的方法。

但现有的检测系统庞大复杂，激光干涉仪无法同时检测位移量和转动量，转动量若通过传感器PSD检测，不能做到可溯源，精度权威性低，并且传感头需要有源器件进行信号传输，其发热影响测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是系统复杂，测量数据不可溯源，有源器件发热对测量结果造成影响，为了克服以上不足，提供了一种应用于机械设备几何误差测量的三自由度激光测量系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述应用于机械设备几何误差测量的三自由度激光测量系统包括分光镜组、偏振分光镜组、运动反光镜组和固定反光镜组，所述分光镜组将入射光平均分为与入射光平行但不共面的第一子光束、第二子光束和第三子光束，所述偏振分光镜组位于3个子光束的光路上，每个子光束经偏振分光镜组分为参考光和测量光，运动反光镜组设置在测量光的光路上并将其反射回偏振分光镜组，固定反光镜组设置在参考光的光路上并将其反射回偏振分光镜组，反射回的参考光和测量光汇合后形成干涉，干涉信号用于计算所述三自由度。

进一步，所述分光镜组包括前后设置且相互垂直的前平行四边形棱镜和后平行四边形棱镜，每个平行四边形棱镜的四个侧面依次为与入射光垂直的入射面、与入射面夹角为锐角的分光面、与分光面相对的反射面和与入射面相对的出射面，后平行四边形棱镜的入射面与前平行四边形棱镜的分光面相对，所述分光镜组还包括前后设置的前三角棱镜和后三角棱镜，三角棱镜斜边所在面为透射面，与入射光垂直的为子光束面，所述前三角棱镜的透射面与前平行四边形棱镜的分光面相贴合，所述前三角棱镜的子光束面与后平行四边形棱镜的入射面相贴合，后三角棱镜的透射面与后平行四边形棱镜的分光面相贴合。

进一步，所述后平行四边形棱镜的出射面和与该出射面相邻的所述后三角棱镜的子光束面，均与所述偏振分光镜组的入射面贴合。

进一步，所述平行四边形棱镜的主截面为一对角45°的平行四边形，三角棱镜的主截面为等腰直角三角形。

进一步，每个所述平行四边形棱镜的分光面设有消偏振分光膜，所述反射面设有高反膜，其他侧面设有抗反射膜。

进一步，所述前平行四边形棱镜的消偏振分光膜的分光比为2:1，后平行四边形棱镜的消偏振分光膜的分光比为1:1。

进一步，所述偏振分光镜组的分光面镀高消光比偏振分光膜，其余工作面镀抗反射膜。

进一步，所述运动反光镜组包括3个反射器，3个反射器分别位于3个子光束的测量光的光路上并反射回偏振分光镜组，所述固定反光镜组结构与运动反光镜组相同，分别位于3个子光束的参考光的光路上并反射回偏振分光镜组。

进一步，每个所述反射器的入射面镀抗反射膜，反射面镀消偏振反射膜。

进一步，所述反射器为角锥棱镜反射器。

本发明提供的技术方案基于双频激光干涉，可以同时测量3个物理量，其中1个位移量，2个旋转量，可以极大的缩短检测时间，提高检测效率，并且其可溯源性强，传感头为无源器件，不会引入热干扰，不需要电缆输出信号，进而消除热干扰导致的误差。同时，它针对特定的需求，成本适中，精度高，具备很强的应用性和市场价值，可以适用于各种复杂的机械设备，比如发动机，挖掘机，发电机，机车和数控机床等。

附图说明

图1是本发明所述测量系统的结构示意图；