[发明专利]一种可检测21项几何误差的激光测量系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可检测21项几何误差的激光测量系统与方法，用于数控机床、加工中心或三坐标测量机等精密加工与测量设备，尤其涉及一种一次安装、分步测量得到数控机床、加工中心或三坐标测量机等精密加工与测量设备三个相互垂直的直线运动导轨21项几何误差的激光测量系统与方法，属于空间几何精度检测领域。

本发明的XYZ空间坐标系中，术语“21项几何误差”包括沿X轴的6个自由度误差、沿Y轴的6个自由度误差、沿Z轴的6个自由度误差、X轴与Y轴之间的垂直度误差、Y轴与Z轴之间的垂直度误差、Z轴与X轴之间的垂直度误差。

背景技术

德国专利DE10341594A1公开了一种直接测量数控机床、加工中心或三坐标测量机几何误差的测量方法，该方法利用分光元件将激光干涉仪的测量光分光到平行于数控机床、加工中心或三坐标测量机的三直线运动轴的方向上，利用激光干涉仪直接测量各直线运动轴的几何误差，然而，该系统的分光元件较多，导致其系统结构复杂，系统安装调节困难，特别是，无法测量三直线运动轴的滚转角误差。

市场上，还不存在结构简单、操作方便，一次安装、分步测量，可直接测量得到三个相互垂直的直线运动导轨的共21项几何误差的系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种可检测21项几何误差的激光测量系统与方法，其结构简单、操作方便，一次安装、分步测量，可直接测量得到三个相互垂直的直线运动导轨的共21项几何误差。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种可检测21项几何误差的激光测量系统，由激光六自由度误差同时测量单元、激光光线转向单元和几何误差敏感单元组成；其中，所述激光六自由度误差同时测量单元与所述几何误差敏感单元配合使用，分别测量得到数控机床、加工中心或三坐标测量机等精密加工与测量设备的三个直线运动导轨或运动台的三轴位置误差、水平和竖直方向直线度误差、俯仰角、偏摆角、滚转角共6项几何误差，三轴共计18项误差；所述激光光线转向单元将来自所述激光六自由度误差同时测量单元的激光光束分光或转向到平行于数控机床、加工中心或三坐标测量机的三轴的方向上，并将来自所述几何误差敏感单元的激光光束分光或转向到所述激光六自由度误差同时测量单元，完成对应轴的六自由度误差同时测量，同时通过三轴直线度误差的数据处理得到三轴相互之间的垂直度误差，

所述几何误差敏感单元包括三个相互垂直的六自由度误差敏感部件，所述三个六自由度误差敏感部件分别对数控机床、加工中心或三坐标测量机等精密加工与测量设备的三个相互垂直的直线运动轴的六项几何误差敏感；或者，所述几何误差敏感单元由两个相互垂直的六自由度误差敏感部件组成，所述两个六自由度误差敏感部件分别对数控机床、加工中心或三坐标测量机的两个相互垂直的直线运动轴的六项几何误差敏感，所述两个六自由度误差敏感部件之中的一个六自由度误差敏感部件旋转90°之后对数控机床、加工中心或三坐标测量机的第三个直线运动轴的六项几何误差敏感。

优选地，所述六自由度误差敏感部件包括两个光线后向反射元件和一个光线分光元件；所述光线后向反射元件对直线运动轴的位置误差、水平和竖直方向直线度误差敏感；所述光线分光元件对直线运动轴的俯仰角、偏摆角敏感；所述两个光线后向反射元件的组合对直线运动轴的滚转角敏感；所述光线后向反射元件采用角锥棱镜，所述光线分光元件采用平面分光镜。

优选地，所述激光光线转向单元由转向棱镜或分光、转向棱镜组合而成；所述转向棱镜包括五角棱镜或直角棱镜，通过移动或转动转向棱镜，将来自激光六自由度误差同时测量单元的测量光束分步转向，分别形成平行于被测数控机床、加工中心或三坐标测量机三直线运动轴的测量光束；所述分光、转向棱镜组合由两个分光五角棱镜的组合或两个直角半透半反棱镜的组合，同时将来自激光六自由度误差同时测量单元的测量光束分光成平行于被测数控机床、加工中心或三坐标测量机三直线运动轴的三束测量光。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种一次安装、分步测量得到数控机床、加工中心或三坐标测量机等精密加工与测量设备21项几何误差的方法，包含以下步骤：

⑴安装测量系统：将激光六自由度误差同时测量单元与激光光线转向单元独立或整体固定在被测数控机床、加工中心或三坐标测量机的夹持工件部件，将几何误差敏感单元固定在被测数控机床、加工中心或三坐标测量机的夹持刀具部件；