一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统，包括光学测头和曲面基准件，所述光学测头安装在Z轴上，所述曲面基准件卡固在与Z轴垂直的运动体上，在所述曲面基准件上至少设有曲面Ⅰ、曲面Ⅱ和平面Ⅲ，所述光学测头位于所述曲面基准件的上方，所述光学测头出射三束细直平行光束，所述三束测量光束为光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅲ和所述光学测头光轴重合，所述光束Ⅰ和光束Ⅱ关于光束Ⅲ对称，所述光束Ⅰ与光束Ⅱ间的距离和曲面Ⅰ与曲面Ⅱ中心间的距离相等，所述平面Ⅲ位于所述曲面Ⅰ和曲面Ⅱ之间。本实用新型专利技术一次测量能够获得五个参数，具有效率高，精度高，成本低，易于实现自动化的优点。

A five degree of freedom parameter measurement system based on surface datum

The utility model discloses a five degrees of freedom parameter measurement system based on a reference surface, including optical probe and surface datum and the optical probe is installed on the Z axis, the surface reference piece is clamped on the vertical axis and motion Z body, on the surface of reference parts to the less I and II is provided with a curved surface and the plane of the optical probe, is located on the top surface of the base part of the optical probe beam emitted three fine straight parallel beam, the three beam beam beam beam measurement for I, II and III beam, the beam III and the optical measurement the first optical axis coincide, the beam and beam on the beam I II III symmetry, equal to the distance of the beam and the beam of the distance between I and II surfaces and surfaces between the Center II, III is located on the surface of the plane and the surface of. The utility model can obtain five parameters in one measurement, which has the advantages of high efficiency, high precision, low cost, and easy to realize automation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统
本技术涉及一种五自由度参数测量系统，特别是涉及一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统。
技术介绍
针对复杂异型零件的加工，多轴数控加工技术凭借其灵活、高效、高精的特点得到了广泛应用和推广，为满足定期精度校准的需要，高效的机床误差检测与辨识方法就成为亟待解决的问题。多轴数控机床的几何误差检测项目主要包括各轴的角度误差、定位误差、直线度误差、垂直度误差等，基于直角坐标系统的三轴机床共有21项结构误差,五轴数控机床则更多，目前检测这些参数的最常用手段是使用激光干涉仪和球杆仪,但由于自身检测原理上的因素，这些仪器在应用于多轴数控机床的误差检测中存在各自的不足，如球杆仪无法随意规划测量路径，为旋转轴误差辨识的测量步骤设计和理论解耦算法研究增加了难度，且球杆仪以磁力座配合精密球进行接触式测量，需要在低速下运动以保证测量精度，很难适应快速化趋势；激光干涉仪是单参数测量,每种误差分量测量都需使用不同光学组件进行重新的安装调整,不仅操作难度大、测量周期长,而且不能同时得到相互关联的多个自由度参数。因此，提出一种能同时获取关于机床运动位置的多个自由度参数的快速测量方法，对于多轴机床误差的快速检测和辨识具有非常重大的意义。
技术实现思路
本技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统，采用该系统可同时测得运动体的五自由度参数。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统，包括光学测头和曲面基准件，所述光学测头安装在Z轴上，所述曲面基准件卡固在与Z轴垂直的运动体上，在所述曲面基准件上至少设有曲面Ⅰ、曲面Ⅱ和平面Ⅲ，所述光学测头位于所述曲面基准件的上方，所述光学测头出射三束细直平行光束，所述三束测量光束为光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅲ和所述光学测头光轴重合，所述光束Ⅰ和光束Ⅱ关于光束Ⅲ对称，所述光束Ⅰ与光束Ⅱ间的距离和曲面Ⅰ与曲面Ⅱ中心间的距离相等，所述平面Ⅲ位于所述曲面Ⅰ和曲面Ⅱ之间；所述光学测头包括激光器、反射镜、孔径光阑、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，所述激光器发出的准直光束经所述反射镜反射后被所述孔径光阑细分成光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面基准件上，其中所述光束Ⅰ投射到所述曲面Ⅰ内形成测量点Ⅰ，所述光束Ⅱ投射到所述曲面Ⅱ内形成测量点Ⅱ，所述光束Ⅲ投射到所述平面Ⅲ上形成测量点Ⅲ，测量点Ⅰ、测量点Ⅱ和测量点Ⅲ反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上。本技术具有的优点和积极效果是：基于光学曲面制造技术，在同一基准件上间隔设置曲面-平面-曲面，光学测头利用平面实现X方向和Y方向的二维旋转角的测量，利用曲面上某一点的斜率与其二维位置之间的一一对应关系实现二维位移的测量，利用两曲面上的两个测量点之间的位移变化与Z方向的旋转角的一一对应关系实现第三维旋转角的测量，一次测量能够获得五个参数，具有效率高，精度高，成本低，易于实现自动化的优点，为多自由度参数的高效获取提供了新的装置。附图说明图1为本技术的结构示意图。图中：1、光学测头；1-1、激光器；1-2、反射镜；1-3、孔径光阑；1-4、分光棱镜；1-5、成像透镜；1-6、CCD相机；2、曲面基准件；2-1、曲面Ⅰ；2-2、曲面Ⅱ；2-3、平面Ⅲ。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参阅图1，一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统，包括光学测头1和曲面基准件2，所述光学测头1安装在Z轴上，所述曲面基准件2卡固在与Z轴垂直的运动体上，在Z轴上安装光学测头1，在与Z轴垂直的运动体上卡固曲面基准件2，在所述曲面基准件2上至少设有曲面Ⅰ2-1、曲面Ⅱ2-2和平面Ⅲ2-3，所述光学测头1位于所述曲面基准件2的上方，所述光学测头1出射三束细直平行光束，所述三束测量光束为光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅲ和所述光学测头1光轴重合，所述光束Ⅰ和光束Ⅱ关于光束Ⅲ对称，所述光束Ⅰ与光束Ⅱ间的距离和曲面Ⅰ2-1与曲面Ⅱ2-2中心间的距离相等，所述平面Ⅲ2-3位于所述曲面Ⅰ2-1和曲面Ⅱ2-2之间。所述光学测头1包括激光器1-1、反射镜1-2、孔径光阑1-3、分光棱镜1-4、成像透镜1-5和CCD相机1-6，所述激光器1-1发出的准直光束经所述反射镜1-2反射后被所述孔径光阑1-3细分成光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ入射到所述分光棱镜1-4中，1/2能量的反射光束投射到曲面基准件2上，其中所述光束Ⅰ投射到所述曲面Ⅰ2-1内形成测量点Ⅰ，所述光束Ⅱ投射到所述曲面Ⅱ2-2内形成测量点Ⅱ，所述光束Ⅲ投射到所述平面Ⅲ2-3上形成测量点Ⅲ，测量点Ⅰ、测量点Ⅱ和测量点Ⅲ反射的光束经所述分光棱镜1-4透射后，通过所述成像透镜1-5成像在所述CCD相机1-6上。尽管上面结合附图对本技术的优选实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统，其特征在于，包括光学测头和曲面基准件，所述光学测头安装在Z轴上，所述曲面基准件卡固在与Z轴垂直的运动体上，在所述曲面基准件上至少设有曲面Ⅰ、曲面Ⅱ和平面Ⅲ，所述光学测头位于所述曲面基准件的上方，所述光学测头出射三束细直平行光束，所述三束测量光束为光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅲ和所述光学测头光轴重合，所述光束Ⅰ和光束Ⅱ关于光束Ⅲ对称，所述光束Ⅰ与光束Ⅱ间的距离和曲面Ⅰ与曲面Ⅱ中心间的距离相等，所述平面Ⅲ位于所述曲面Ⅰ和曲面Ⅱ之间；所述光学测头包括激光器、反射镜、孔径光阑、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，所述激光器发出的准直光束经所述反射镜反射后被所述孔径光阑细分成光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面基准件上，其中所述光束Ⅰ投射到所述曲面Ⅰ内形成测量点Ⅰ，所述光束Ⅱ投射到所述曲面Ⅱ内形成测量点Ⅱ，所述光束Ⅲ投射到所述平面Ⅲ上形成测量点Ⅲ，测量点Ⅰ、测量点Ⅱ和测量点Ⅲ反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上。

【技术特征摘要】
1.一种基于曲面基准件的五自由度参数测量系统，其特征在于，包括光学测头和曲面基准件，所述光学测头安装在Z轴上，所述曲面基准件卡固在与Z轴垂直的运动体上，在所述曲面基准件上至少设有曲面Ⅰ、曲面Ⅱ和平面Ⅲ，所述光学测头位于所述曲面基准件的上方，所述光学测头出射三束细直平行光束，所述三束测量光束为光束Ⅰ、光束Ⅱ和光束Ⅲ，所述光束Ⅲ和所述光学测头光轴重合，所述光束Ⅰ和光束Ⅱ关于光束Ⅲ对称，所述光束Ⅰ与光束Ⅱ间的距离和曲面Ⅰ与曲面Ⅱ中心间的距离相等，所述平面Ⅲ位于所述曲面Ⅰ和曲面Ⅱ之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄银国，黄武，李杏华，房丰洲，张震楠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12