[发明专利]一种测量转轴六自由度几何误差的光学测量装置

说明书

本发明公开了一种测量转轴六自由度几何误差的光学测量装置，包括六自由度误差敏感单元和六自由度误差测量单元，所述六自由度误差敏感单元包括与转轴同轴设置的正多面棱体，正多面棱体的底面固定于转轴外端，多面棱体的顶面中心区域设有反射镜；所述六自由度误差测量单元包括角度误差测量单元和直线度误差测量单元；所述角度误差测量单元包括第一自准直仪和第二自准直仪，所述直线度误差测量单元包括第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器。本发明可实现对转轴六自由度误差的同时快速测量。本发明安装、调试简单快捷，不易受外界环境影响，适用性强。

技术领域

本发明涉及空间几何精度检测技术领域，尤其涉及一种测量转轴六自由度几何误差的光学测量装置及方法。

背景技术

SH Suh，ES Lee，SY Jung等人在论文《Error modelling and measurement forthe rotary table of five-axis machine tools》中公开了一种基于多面棱体的转轴五自由度几何误差的测量方法。该方法采用分步测量，分别安装多面棱体和高精度主球作为角度和直线度的敏感单元。以多面棱体作为靶镜，以两个相互垂直的自准直仪作为光源安装在多面棱体的两侧，可以测量转轴绕X、Y、Z轴的角度误差。然后将碳化钨制成的高精度主球作为直线度敏感单元安装在转轴的上表面中心，将接触式位移传感器顶在高精度主球的垂直方向，转轴旋转一周即可测出转轴沿着X，Y方向的直线度误差。然而，这种方法需要分步安装多面棱体和高精度主球作为敏感单元、自准直仪和接触式位移传感器作为角度和直线度的测量单元，测量系统安装调试困难，降低了测量效率并且会受待测转轴自身重复性误差的影响。

CN 106595480公开了一种用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法，可实现转轴六自由度几何误差同时测量，但是该系统在误差敏感单元设计、误差传感原理等多方面均有显著不同，且存在安装调试困难以及易受环境影响等问题。

目前，还不存在结构简单、操作方便、一次安装可直接测量得到转轴的六自由度几何误差的高精度测量装置。

因此，需要提供一种用于测量转轴六自由度几何误差的光学测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量转轴六自由度几何误差的光学测量装置，以实现对数控机床、加工中心等精密加工与测量设备中转轴六自由度几何误差的简便快速测量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明中的XYZ轴方向，与国际标准ISO 10791-2：2001(E)中05、08、11立式加工中心XYZ轴方向一致，但并不局限于测量这三种类型的加工中心。

一种测量转轴六自由度几何误差的光学测量装置，包括六自由度误差敏感单元和六自由度误差测量单元，所述六自由度误差测量单元向所述六自由度误差敏感单元出射光，并根据出射光和六自由度误差测量单元接收的从所述六自由度误差敏感单元的反射光生成测量信号；

所述六自由度误差敏感单元包括与转轴同轴设置的正多面棱体，正多面棱体的底面固定于转轴外端，多面棱体的顶面中心区域设有反射镜；

所述六自由度误差测量单元包括角度误差测量单元和直线度误差测量单元；

所述角度误差测量单元包括第一自准直仪和第二自准直仪，第一自准直仪沿空间坐标系的X轴向正多面棱体的一个侧面a出射光，第一自准直仪的出射光和所述侧面a的反射光生成的测量信号用于测量转轴的绕Y轴旋转的角度误差和绕Z轴旋转的角度定位误差，第二自准直仪沿空间坐标系的Y轴向正多面棱体的另一个侧面b出射光，第二自准直仪的出射光和侧面b的反射光生成的测量信号用于测量转轴的绕X轴旋转的角度误差；