[发明专利]可提高光束稳定性的长距离多自由度激光测量系统

说明书

本发明公开了一种可提高光束稳定性的长距离多自由度激光测量系统，是以激光束为检测光源，激光发射器固定设置在基座上，多自由度误差测量单元为光源接收端，并固定设置在与被测机床导轨滑动配合的移动平板上；针对由激光发射器输出的激光束设置保护筒，使激光束在保护筒中进行传输；通过控制保护筒内部气体温度和压强，减小沿激光束传输方向上的温度梯度和压强梯度，为传输中的激光束提供温度和压强稳定的独立环境腔。本发明能有效阻隔外界局部热源干扰，抑制激光束的漂移，有效提升长距离机床导轨运动误差检测的精度。

技术领域

本发明涉及长距离激光检测领域，尤其是一种应用在机床导轨运动误差检测中的长距离多自由度激光测量系统。

背景技术

近年来，随着精密加工的快速发展，越来越多的高精密机床被用于制造业。机床几何运动误差的大小是决定其整体加工精度的重要指标。因此实时检测并修正机床运动误差对提高机床加工精度起着重要的作用。

目前工业上机床几何运动误差的测量方法主要有激光跟踪仪测量法、激光干涉仪测量法、球杆仪测量法和工件测试法。其中，激光跟踪仪测量法的量程大，但其精度低，跟踪仪的安装位置和测量点的选取造成的测量不确定度大；激光干涉仪测量法测量精度高，但是对测量环境的要求较高，容易受到干扰导致测量结果存在偏差，测量过程繁琐，效率较低；球杆仪安装与调校方便快捷，但测量过程中仪器部件的重量所产生的压力会对检测精度造成影响；工件测试法可通过标定对机床各项误差进行分离，但其测量耗时较长。

现有技术中，结构简单、成本低、安装及调校方便的多自由度几何误差运动系统能够快速测量多自由度的运动误差。但是，在长距离机床导轨运动误差检测中，由于激光传输方向上温度梯度和压强梯度的存在造成空气折射率不均匀，激光束发生偏折，导致激光束漂移，从而降低了测量精度。

为抑制激光漂移，有双光束准直法，但其所用元件较多，调整困难，对双光束的平行性要求较高，在长距离范围内不易实现；也有固定点补偿法，但其激光漂移检测和测量不能同时进行，使得各测量点的光漂相关性降低，且不适于长距离检测；还有通过建立数学模型分离激光漂移带来的误差，但其考虑情况趋于理想化，并不适用环境温度存在不确定性变化的现场检测。

发明内容

本发明是为避免上述技术所存在的不足，提供一种可提高光束稳定性的长距离多自由度激光测量系统，通过减小温度梯度和压强梯度，保持系统中光路的稳定性，有效提高检测长距离多自由度机床导轨运动误差的精度。

本发明为实现发明目的采用如下技术方案：

本发明可提高光束稳定性的长距离多自由度激光测量系统是以激光发射器发出的激光束为检测光源，所述激光发射器位于被测机床导轨的前端，并固定设置在基座上，多自由度误差测量单元为光源接收端，所述多自由度误差测量单元固定设置在与被测机床导轨滑动配合的移动平板上。

本发明可提高光束稳定性的长距离多自由度激光测量系统的特点是：针对由激光发射器输出的激光束设置保护筒，使激光束在所述保护筒中进行传输；在所述保护筒的前端和后端的端面上一一对应设置气体入口和气体出口，通过控制保护筒内部气体温度和压强，减小沿激光束传输方向上的温度梯度和压强梯度，为传输中的激光束提供温度和压强稳定的独立环境腔。