一种光学检测式主轴回转误差测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光学检测式主轴回转误差测量装置。该测量装置包括激光干涉仪、第一角锥反射镜、第二角锥反射镜和第一分光镜。所述的激光干涉仪、第一分光镜、第二角锥反射镜沿着被测主轴的轴线方向依次排列。测量过程中，第二角锥反射镜同轴固定安装在被测主轴的端部。第一角锥反射镜安装在第一分光镜的侧部。本实用新型专利技术在主轴的端部设置锥角反光镜，利用激光干涉原理测量主轴轴向误差，实现高精度测量仅对光学器件精度有较高要求，对检测安装部分的加工精度、安装精度的要求较低。此外，本实用新型专利技术仅在轴向检测的基础上增设了一组分光镜和PSD传感器，再未额外增设光源的情况下就同步实现了径向误差检测。下就同步实现了径向误差检测。下就同步实现了径向误差检测。

【技术实现步骤摘要】
一种光学检测式主轴回转误差测量装置


[0001]本技术属于精密测量技术中的主轴回转误差测量领域，具体涉及一种使用激光干涉仪、PSD传感器以及激光自准直仪同时检测主轴轴向、径向、倾角误差的装置。

技术介绍

[0002]机床的精度在很大程度上决定了加工零件的精度。为保证机械产品的加工质量，机床向高精度发展是一种必然趋势。主轴是数控机床的核心部件，其回转误差是影响机床加工精度的重要因素。有实验研究表明：在精密加工时，主轴回转误差占总误差比例的30％至70％，并且机床精度等级越高，主轴回转误差占总误差比例就越大。回转误差的测量对于评价机床主轴的精度、监视主轴的运行状态、及时发现和诊断主轴的故障，具有十分重要的现实意义。
[0003]目前，主轴回转误差测量有诸多方法，常用的测量方法是使用标准棒的误差分离方法，利用电容式、电涡流式等一维位移传感器来测量主轴的误差运动。但测量中需要采用标准棒，增加了加工制造成本和难度，且需要进行误差分离。有学者提出一种基于光靶标刻划痕迹追踪法对主轴回转误差进行测量，但该方法仅对径向误差敏感，难以测量其他误差。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提出一种光学检测式主轴回转误差测量装置。
[0005]本技术提供光学检测式主轴回转误差测量装置，包括激光干涉仪、第一角锥反射镜、第二角锥反射镜和第一分光镜。所述的激光干涉仪、第一分光镜、第二角锥反射镜沿着被测主轴的轴线方向依次排列。测量过程中，第二角锥反射镜同轴固定安装在被测主轴的端部。第一角锥反射镜安装在第一分光镜的侧部。
[0006]测量过程中，激光干涉仪射出的入射激光经过第一分光镜射入第二角锥反射镜。入射激光在第一分光镜处形成第一分光束；第一分光束经第一角锥反射镜反射后重新射入第一分光镜，并经第一分光镜反射后射向激光干涉仪的检测区域。入射激光在第二角锥反射镜反射形成反射光束；反射光束射向激光干涉仪的检测区域。第一分光束作为标准光，反射光束作为试验光，在激光干涉仪的检测区域形成干涉条纹。
[0007]作为优选，该基于激光干涉的主轴回转误差测量装置还包括第二分光镜和PSD传感器。第二分光镜设置在激光干涉仪与第二角锥反射镜之间。PSD传感器设置在第二分光镜的侧部。测试过程中，反射光束在第二分光镜处形成第二分光束；第二分光束射入PSD传感器。
[0008]作为优选，该基于激光干涉的主轴回转误差测量装置还包括环形平面镜和激光自准直仪。环形平面镜固定在被测主轴上。激光自准直仪安装在机架上，且垂直朝向环形平面镜的镜面。
[0009]作为优选，第一分光镜、第二分光镜的镀膜方向均与激光干涉仪的激光出射方向成45
°
夹角。
[0010]作为优选，第二角锥反射镜的反射面呈锥角角度为90
°
的圆锥形。
[0011]作为优选，第一角锥反射镜的反射面呈直角L形或锥角角度为90
°
的圆锥形。
[0012]作为优选，所述激光干涉仪的激光出射方向与被测主轴的轴线不重合。
[0013]作为优选，测量过程中，第一分光束射入第一角锥反射镜的部分所在直线与第一角锥反射镜尖端的距离，等于入射激光所在直线与初始状态下第二角锥反射镜尖端的距离。
[0014]本技术具有的有益效果：
[0015]1.本技术在主轴的端部设置锥角反光镜，利用激光干涉原理测量主轴轴向误差，实现高精度测量仅对光学器件精度有较高要求，对检测安装部分的加工精度、安装精度的要求较低，且无需控制表面精度粗糙度、主轴材质等因素。
[0016]2.本技术仅在轴向检测的基础上增设了一组分光镜和PSD传感器，在未额外增设光源的情况下就同步实现了径向误差检测，降低了设备成本，简化了操作，且避免了异步误差检测带来的额外误差。
[0017]3.在检测轴向和径向误差的同时，本技术利用环形反射镜和激光自准直仪同步检测倾角误差。
附图说明
[0018]图1是本技术采用的测量装置的整体光路示意图；
[0019]图2是本技术主轴平面镜安装示意图；
[0020]图3是本技术采用的激光自准直仪的测量原理图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图对本技术进行进一步说明。
[0022]如图1所示，一种光学检测式主轴回转误差测量装置包括激光干涉仪、第一角锥反射镜a、第二角锥反射镜b、第一分光镜1、第二分光镜2、PSD传感器、环形平面镜c和激光自准直仪3。
[0023]激光干涉仪、第一分光镜1、第二分光镜2、第二角锥反射镜b沿着被测主轴的轴线方向依次排列。激光干涉仪、第一分光镜1和第二分光镜2均安装在机架上；测量过程中，第二角锥反射镜b同轴固定安装在主轴的端部。第二角锥反射镜b的镜面方向朝向激光干涉仪。
[0024]第一角锥反射镜a的反射面呈直角L形。第二角锥反射镜b的反射面呈圆锥形，且锥角角度为90
°
；第一分光镜1、第二分光镜2的镀膜方向均与被测主轴的轴线方向成45
°
夹角。
[0025]第一角锥反射镜a安装在第一分光镜1的侧部。PSD传感器安装在机架上，在第二分光镜2垂直于轴线的下方，使得第二分光镜2的反射光线能打在PSD传感器上。
[0026]第一角锥反射镜a的反射面与第一分光镜1的镀膜保持相对安装，使第一分光镜1反射的光线被第一角锥反射镜a反射后以垂直于激光初始入射方向射入第一分光镜1的镀膜上。
[0027]测试过程中，激光干涉仪射出的入射激光经过第一分光镜1、第二分光镜2射入第二角锥反射镜b。入射激光在第一分光镜1处形成第一分光束；第一分光束经第一角锥反射
镜a反射后重新射入第一分光镜1，并经第一分光镜1反射后射向激光干涉仪的检测区域。
[0028]入射激光在第二角锥反射镜b反射形成反射光束；反射光束经过第二分光镜2、第一分光镜1射向激光干涉仪的检测区域；反射光束在第二分光镜2处形成第二分光束；第二分光束射入PSD传感器。第一分光束作为标准光，反射光束作为试验光，在激光干涉仪的检测区域形成干涉条纹。
[0029]入射激光与被测主轴的轴线不重合。第一分光束射入第一角锥反射镜a的部分所在直线与第一角锥反射镜a尖端的距离，等于入射激光所在直线与初始状态下第二角锥反射镜b尖端的距离，使得第一分光束与反射光束射入激光干涉仪的检测区域的位置相同或相近。
[0030]第一分光束穿过第一分光镜1的部分、入射激光在第二分光镜2反射出的分光束、反射光束在第一分光镜1反射出的分光束均不射向测量装置中的任何元件，不起任何作用且不影响检测结果，故不作赘述。
[0031]环形平面镜c同轴固定在被测主轴的外圆周面上。在保证环形平面镜c的表面质量的同时，需要保证平面镜镜面与主轴轴线的垂直度。激光自准直仪3安装在机架上，且面向环形平面镜c的镜面，用于发射并接收激光。
[0032]本技术的工作原理如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学检测式主轴回转误差测量装置，其特征在于：包括激光干涉仪、第一角锥反射镜、第二角锥反射镜和第一分光镜(1)；所述的激光干涉仪、第一分光镜(1)、第二角锥反射镜沿着被测主轴的轴线方向依次排列；测量过程中，第二角锥反射镜同轴固定安装在被测主轴的端部；第一角锥反射镜安装在第一分光镜(1)的侧部；测量过程中，激光干涉仪射出的入射激光经过第一分光镜(1)射入第二角锥反射镜；入射激光在第一分光镜(1)处形成第一分光束；第一分光束经第一角锥反射镜反射后重新射入第一分光镜(1)，并经第一分光镜(1)反射后射向激光干涉仪的检测区域；入射激光在第二角锥反射镜反射形成反射光束；反射光束射向激光干涉仪的检测区域；第一分光束作为标准光，反射光束作为试验光，在激光干涉仪的检测区域形成干涉条纹。2.根据权利要求1所述的一种光学检测式主轴回转误差测量装置，其特征在于：还包括第二分光镜(2)和PSD传感器；第二分光镜(2)设置在激光干涉仪与第二角锥反射镜之间；PSD传感器设置在第二分光镜(2)的侧部；测试过程中，反射光束在第二分光镜(2)处形成第二分光束；第二分光束射入PSD传感器。3.根据权利要求2所述的一种光学检...

【专利技术属性】
技术研发人员：方威，王文，吕天硕，岳树清，陈占锋，时光，杨贺，王传勇，卢科青，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：