[发明专利]一种直线导轨六自由度几何误差测量装置及方法

权利要求书

1.一种直线导轨六自由度几何误差测量装置，其特征在于：

所述测量装置包括固定单元及测量单元，所述固定单元包括第四四象限探测器(17)，所述第四四象限探测器(17)用于接收干涉条纹，继而依据所述干涉条纹来实现直线导轨的位置误差的测量；

所述测量单元包括第一四象限探测器(14)、第二四象限探测器(15)及第三四象限探测器(16)，所述第一四象限探测器(14)、所述第二四象限探测器(15)及所述第三四象限探测器(16)分别用于接收来自所述固定单元的三束准直平行光；不同的误差会引起光斑在所述测量单元的探测器上的相对位移，对光斑的移动分量进行有效分离即可得到所述直线导轨的水平直线度误差、垂直直线度误差、滚转角度误差、俯仰角度误差和偏摆角度误差；

所述固定单元还包括第一普通分光棱镜(4)、第二普通分光棱镜(5)、第一反射镜(10)及第二反射镜(11)，所述第一普通分光棱镜(4)用于将接收到的激光束分成两束，其中透射光记为P光，折射光记为S光，所述第一反射镜(10)用于对所述S光进行反射以改变光路而形成一束准直平行光，该准直平行光入射至所述第二四象限探测器(15)；所述第二普通分光棱镜(5)用于将P光再次分裂成两束，其中透射光记为P’光，折射光记为S’光；所述第二反射镜(11)用于改变S’光的光路而形成一束准直平行光，进而入射至所述第一四象限探测器(14)；

所述固定单元还包括偏振分光棱镜(6)、第一波片(7)、第二波片(8)、凸透镜(9)、第三反射镜(12)及第四四象限探测器(17)，所述第一波片(7)及所述第二波片(8)是1/4波片，所述第三反射镜(12)、所述第一波片(7)、所述偏振分光棱镜(6)、所述凸透镜(9)及所述第四四象限探测器(17)自上而下沿同一个竖直方向设置；所述第一普通分光棱镜(4)、所述第二普通分光棱镜(5)、所述偏振分光棱镜(6)及所述第二波片(8)依次沿第一水平方向设置；

所述测量单元还包括半透射半反射镜(13)，所述半透射半反射镜(13)位于所述第二波片(8)及所述第三四象限探测器(16)之间。

2.如权利要求1所述的直线导轨六自由度几何误差测量装置，其特征在于：所述偏振分光棱镜(6)用于将P’光再次被分裂成两束，其中透射光记为P”光，折射光记为S”光，S”光透过所述第一波片(7)后被所述第三反射镜(12)反射而原路返回，再次经过所述第一波片(7)、所述偏振分光棱镜(6)及所述凸透镜(9)后作为参考光入射到所述第四四象限探测器(17)上。

3.如权利要求2所述的直线导轨六自由度几何误差测量装置，其特征在于：P”光经过所述第二波片(8)后传播至所述半透射半反射镜(13)，在所述半透射半反射镜(13)的作用下一束反射激光原路反射，再次经过所述第二波片(8)、所述偏振分光棱镜(6)后作为测量光最终入射至所述第四四象限探测器(17)，参考光和测量光汇聚在所述第四四象限探测器(17)上形成干涉条纹，被所述半透射半反射镜(13)透射的光入射至所述第三四象限探测器(16)。

4.如权利要求1-3任一项所述的直线导轨六自由度几何误差测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括稳频氦氖激光器(1)、单模光纤(2)及准直器(3)，所述单模光纤(2)相背的两端分别连接所述稳频氦氖激光器(1)及所述准直器(3)。

5.如权利要求4所述的直线导轨六自由度几何误差测量装置，其特征在于：所述氦氖激光器用于发射激光束，所述激光束经由所述单模光纤(2)传输到所述准直器(3)，所述准直器(3)用于对所述激光束进行准直放大，经准直放大后的所述激光束进入所述固定单元。

6.一种直线导轨六自由度几何误差测量方法，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：首先，提供权利要求1-5任一项所述的直线导轨六自由度几何误差测量装置，并将所述固定单元安装在数控机床的固定平面上，同时将测量单元安装在数控机床的直线导轨的移动滑块上；之后，对所述测量装置进行光路调整后，开启所述数控机床，利用四象限探测器每隔一段预设距离采集一组光斑的位置数据；接着，根据各段预设距离中光斑的位置获得所述直线导轨各段的误差信息。