[发明专利]一种直线进给系统的导轨直线度测量装置及方法

说明书

本发明一种直线进给系统的导轨直线度测量装置及方法，所述测量装置中直线进给系统的导轨基准坐标系为以竖直方向为Z轴，滑块的移动方向为Y轴，水平垂直远离导轨的方向为X轴；其包括分别固定在滑块上的第一测量夹具和第二测量夹具；固定在第一测量夹具上的激光准直仪，分别对称设置在第二测量夹具X向上的二、三号位移传感器，以及设置在第二测量夹具Z向上的一号位移传感器；激光准直仪的光路与第一测量夹具Y向平行；一号位移传感器的中心线经过激光准直仪的中心点；三个位移传感器位于同一垂直于Y向的平面内；二、三号位移传感器分别用于测量导轨与滑块之间Y向的位移间隙；一号位移传感器和激光准直仪用于测量滑块和导轨之间Z向位移间隙。

技术领域

本发明涉及机床加工精度的测量，具体为一种直线进给系统的导轨直线度测量装置及方法。

背景技术

机床加工精度是评定机床综合性能的关键标准，当今国外的先进精密机床的加工精度已经达到1μm～0.1μm，超精密级别机床的加工精度已经高于0.1μm，这标志着机床行业的加工精度已经进入纳米级时代。而我国在此精度级别的精密机床无论在精度、一致性保证等方面都与国际领先水平存在着明显差距。研究表明机床加工误差来源主要包括准静态误差，例如几何误差、热误差；加工过程中误差，例如刀具误差、夹具误差等；检测误差，例如不确定性误差、安装误差等。

在精密机床装配过程中，测量方法和工具合理选取对整个装配起着至关重要的作用，高效精准的测量方法能够有效提升整个装配工艺的效率和精度。现行几种导轨直线度的测量方法不能满足高精密机床装配工艺的测量精度要求，因此一种高效准确的导轨几何误差的测量方法对于直线进给系统精度保障和预测模型的实际应用，特别是高精密机床的装配工艺优化都显得尤为重要。同时，实际生产中，直线进给系统中导轨的水平和竖直方向的直线度误差是精度设计和装配环节中主要的精度指标，这些误差都是在设计和装配过程中可以直接控制的精度项，而直线进给系统的目标精度即工作台的运动误差是无法直接调控的，这也为直线进给系统中精度保证带来了障碍。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种直线进给系统的导轨直线度测量装置及方法，提升了导轨直线度的测量精度和测量的简易性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种直线进给系统的导轨直线度测量装置中直线进给系统的导轨基准坐标系为以竖直方向为Z轴，滑块的移动方向为Y轴，水平垂直远离导轨的方向为X轴；

其包括分别固定在滑块上的第一测量夹具和第二测量夹具；固定在第一测量夹具上的激光准直仪，分别对称设置在第二测量夹具X向上的二号位移传感器和三号位移传感器，以及设置在第二测量夹具Z向上的一号位移传感器；激光准直仪的光路与第一测量夹具Y向平行；一号位移传感器的中心线经过激光准直仪的中心点；二、三、一号位移传感器位于同一个垂直于Y向的平面内；二号位移传感器和三号位移传感器分别用于测量导轨与滑块之间Y向的位移间隙；一号位移传感器和激光准直仪用于测量滑块和导轨之间Z向位移间隙。

优选的，第一测量夹具固定于两个成间隙设置的滑块上；第二测量夹具设置在两个滑块的间隙中，且固定在第一测量夹具上。

优选的，二、三和一号位移传感器均采用电涡流位移传感器，测量精度为0.25um。

优选的，激光准直仪的测量距离为0-15m，测量精度为0.1um。

一种直线进给系统的导轨直线度测量方法，包括如下步骤，

步骤1，建立如权利要求1所述的测量装置，确定第一测量夹具和第二测量夹具以及三个位移传感器和激光准直仪之间的几何关系，建立对应的几何模型；

步骤2，根据建立的几何模型，以激光准直仪的激光光路作为基准，通过激光准直仪测量得到导轨的直线度分别如下，