[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

说明书

本发明属于精密加工装备精密测量相关技术领域，其公开了一种直线导轨六自由度几何误差测量装置及方法，其包括固定单元及测量单元，固定单元包括分光棱镜、1/4波片、反射镜，其用于将激光束分裂成三束准直平行光；第四四象限探测器用于接收干涉条纹，继而实现直线导轨位置误差的测量；测量单元包括第一四象限探测器、第二四象限探测器及第三四象限探测器，第一四象限探测器、第二四象限探测器及第三四象限探测器分别用于接收三束准直平行光；对光斑的移动分量进行分离以得到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。本发明提高了集成度及测量精度，适用性较强。

技术领域

本发明属于精密加工装备精密测量相关技术领域，更具体地，涉及一种直线导轨六自由度几何误差测量装置及方法。

背景技术

直线导轨被广泛应用于精密数控加工机床和精密测量仪器，在沿导轨做直线运动过程中，由于导轨的制造和安装误差使得导轨存在六项几何误差，对加工质量和测量精度存在较大影响。因此，对导轨六项运动误差和补偿具有重要意义。

目前，主要测量仪器常采用商业激光干涉仪进行单项误差测量，但其存在过程复杂，耗时长，效率低和成本高等缺点。光栅衍射在角度误差测量中具有较好的分辨率和较高的测量精度，但其不能进行位置误差、水平直线度误差测量；激光准直可以实现角度误差和直线度误差测量，但不能实现位置误差测量，而激光准直和激光干涉相结合方法，普遍存在装置结构复杂和各项误差间存在串扰从而对测量精度产生较大影响等缺点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直线导轨六自由度几何误差测量装置及方法，其通过光斑在探测器上的变化关系分析，建立误差全解耦算法，实现度对直线导轨六种几何误差的分离，以最终到达直线导轨六自由度几何误差的同时测量，如此所述测量装置不仅能够实现直线导轨六自由度几何误差的同时测量，实现对各项误差的串扰进行有效解耦，而且高度集成化，操作简单，具有较高的测量效率和精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种直线导轨六自由度几何误差测量装置，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，其用于接收干涉条纹，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、第二四象限探测器及第三四象限探测器，所述第一四象限探测器、所述第二四象限探测器及所述第三四象限探测器分别用于接收三束准直平行光；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。

进一步地，所述固定单元还包括第一普通分光棱镜、第二普通分光棱镜、第一反射镜及第二反射镜，所述第一普通分光棱镜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；所述第二普通分光棱镜用于将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。

进一步地，所述固定单元还包括偏振分光棱镜、第一波片、第二波片、凸透镜、第三反射镜及第四四象限探测器，所述第一波片及所述第二波片是1/4波片，所述第三反射镜、所述第一波片、所述偏振分光棱镜、所述凸透镜及所述第四四象限探测器自上而下沿同一个竖直方向设置；所述第一普通分光棱镜、所述第二普通分光棱镜、所述偏振分光棱镜及所述第二波片依次沿第一水平方向设置。

进一步地，所述偏振分光棱镜用于将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后被所述第三反射镜反射而原路返回，再次经过所述第一波片、所述偏振分光棱镜及所述凸透镜后作为参考光入射到所述第四四象限探测器上。