激光校准仪制造技术

本发明专利技术涉及一种激光校准仪。一种用于测量第一物体与第二物体间相对运动中运动轨迹偏离直线的偏差的装置，包括：安装于一个物体上的发射器单元；安装于另一物体上的光学单元。其中，该发射器单元将至少一束光束指引向该光学元件，使两束或多束光束进入光学元件。发射器单元和光学单元的其中之一装有两个或多个探测器，以探测两束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束。探测器上的光束的位置用于在至少一个自由度上计算一个物体相对于另一物体的运动轨迹与直线的偏差。这使得能够测量直线度、俯仰、滚转、平摆和垂直度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量直线轨迹偏差的光学装置。具体而言，本专利技术涉及一种光学装置，用于测量第一机器组件相对于第二机器组件的运动中的直线轨迹偏差。机器组件可以是坐标定位仪的一部分，可包括，例如机床或者坐标测量机。
技术介绍
当机器组件沿着轨迹运动时，其运动偏差通常包括围绕机器的一个或者多个轴的转动，这些轴一般被称为X，Y和Z轴，相应的偏差标称为俯仰、滚转和平摆误差。运动的直线度也有误差，它包括机器组件相对于主运动轴的横向偏差。 美国专利4939678公开了一种校准坐标测量机的方法，其中激光测量头安装在仪器的第一部分，反射组件安装在机器的第二部分。从激光测量头发射出一对光束，经过反射组件反射后射向激光测量头中的一对四象限光电池(quad cell)。这些四象限光电池上返回光束的位置实现了对反射组件的直线度和滚转的测量。一束分离光束、平面镜及探测器用来测量俯仰和平摆。这个系统只能测量18个自由度。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了一种用于测量第一物体相对于第二物体运动中偏差的装置，包括 可安装于第一物体上的发射器单元； 可安装于第二物体上的光学单元； 其中发射器单元至少将一束光指引向光学单元； 其中，发射器单元和光学单元的其中之一装配了两个或者多个探测器，以探测两束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束， 其中，用于发射或者探测每束光束的光学结构基本上相同。 发射是指光束的有效开始并且可包括例如光纤末端。 优选地，探测器包括像素的二维阵列。探测器可以包括诸如电荷耦合器件(CCD)，CMOS传感器或者电荷注入器件(CID)。 优选地，光学单元安装在活动的物体上。优选地，光学单元没有可能导致不希望的运动或是影响精度的拖尾导线。优选地，此仪器还包括直线位移测量仪，例如干涉仪。这可包括发射器单元中的光源，用来产生指引向光学单元的光束，光学单元中的回射器，用来反射射向发射器单元的光，以及发射器单元中的第四探测器，用来探测返回的光束。 本专利技术的第二个方面提供了一种用于测量第一物体和第二物体间相对运动中偏差的装置，此装置包括 可安装于第一物体上的发射器单元和可安装于第二物体上的光学单元； 发射器单元装有一个或者多个探测器且其中发射器单元至少将一束光指引向光学单元； 该光学单元装有三个回射器以反射射向发射器单元的三束光束； 其中，一个或者多个探测器上的三束反射光束的位置被用来确定在五个自由度上运动轨迹相对于直线的偏差。 优选地，该五个自由度为俯仰、平摆、滚转和沿着两个轴的直线度，此二轴垂直于第一或者第二物体的运动轴。 本专利技术的第三个方面提供了用于测量机器各轴的垂直度的装置，该机器具有可彼此相对运动的第一和第二部件，该装置包括 安装于第一机器部件上的基座单元； 安装于基座单元上的发射器单元，基座单元以及发射器单元的至少一个表面设置有配合元件，以便在发射器单元的多个已知的相应朝向上确定发射器单元相对于基座单元的位置，从而确定至少一束光束的方向； 安装于第二机器部件上的光学单元； 其中，发射器单元至少将一束光束指引向光学单元； 其中，发射器单元和光学单元其中之一装配了一个或者多个探测器，以探测一束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束； 因而通过沿着基座单元的两轴对发射器单元进行定向并测量至少一个探测器上的至少一束光束的偏差，就能够确定该两轴的垂直度。 本专利技术的第四方面提供了一种用于测量第一物体相对于第二物体运动中偏差的装置，包括 可安装于第一物体上的发射器单元； 可安装于第二物体上的光学单元； 其中，发射器单元至少将一束光束指引向光学元件； 其中，发射器单元和光学单元其中之一装有一个或者多个探测器，以探测一束或多束发射到光学单元或从光学单元反射回来的光束； 其中，以探测器上光束的位置作为反馈来调整发射器单元的位置或改变第二物体的运动矢量，以便在第一和第二物体的相对运动过程中将光束保持在探测器上。 附图说明 本专利技术的实施例将通过一个实例并参照附图进行说明，附图包括 图1是安装于坐标测量机上的测量装置的示意图； 图2是发射器单元及光学单元中光学组件的俯视图； 图3是发射器单元及光学单元中光学组件的透视图； 图4是发射器单元和光学单元中直线位移测量装置的俯视图； 图5是光学单元中回射器的第一替代装置的俯视图； 图6是光学单元中回射器的第二替代装置的俯视图； 图7是根据本专利技术的第二实施例的发射器单元及光学单元的俯视图； 图8A-8C分别示出了一个薄平面光学元件、一个厚楔形光学元件和一个薄楔形光学元件上的双反射； 图9示出了连接激光源的光纤； 图10示出了固定在杆上的光纤末端； 图11示出了用于安装图10中光纤末端的固定夹； 图12A示出了传感器边缘上的一点； 图12B示出了扣除阈值后图12A中的该点； 图12C示出了用来计算形心的传感器边缘上一点处的等值线。 图13A和13B示出了图2的替代光学设计方案，其中分别只有一束或者两束光被发射； 图14示出了一个光学设计方案，其中将一个探测器用于两束光线； 图15是相对于行程的直线度误差图形；以及 图16A和图16B示出了与机器轴没有对准的发射器单元。 具体实施例方式 图1显示了安装于坐标测量机(CMM)上的校准仪。发射器单元10安装于坐标测量机的工作台14上。如同我们的国际专利申请WO02/04890中所描述的，发射器单元10的基座18和安装于工作台14上的基座单元20上安装了作为辅助部件的活动支撑件22，使得发射器单元10可以沿着坐标测量机的X、Y、Z、-X和-Y轴或者其任何需要的方向进行精确对齐。光学单元12安装在坐标测量机的套筒16上。国际专利申请WO02/04890还描述到，发射器单元10和光学单元12具有作为辅助部件的活动支撑件24A、24B，这样当它们相互接触的时候，可以准确地相互对准。 发射器单元10这样安装于工作台14上并与机器的X、Y、Z、-X和-Y轴中的一根或者任何其他希望的方向对齐。光学单元12与发射器单元10对齐并安装于机器的套筒16上。光学单元12和套筒16沿着发射器10对准方向的路径运动。此仪器也可用来测量光学单元12到发射器单元10之间的距离及测量光学单元12在沿此路径运动过程中的偏差。 图2-4显示了发射器单元10和光学单元12中的光学元件设置。第一组光学元件26-40被用作直线位移测量装置，例如干涉仪，用以测量光学单元到发射器单元的距离。为了图象的清晰性，图2和图3中有所省略，但省略部分在图4中单独显示出来。尽管将要描述一种具体类型的干涉仪，但它可以被其它任何合适的直线位移测量装置所取代。干涉仪装置包括发射器单元10中的用来产生光束28的光源26。分光器30分离光束28，发送第一光束32到光学单元12中的第一回射器36并发射第二光束34到发射器单元10中的第二回射器38。光束32、34都被各自的回射器36、38反射回到分光器30并到达探测单元40。此干涉仪在英国专利GB2296766中有更详细的描述。 用在直线位移测量装置中的回射器36、38可以包括光学单元中已有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量第一物体与第二物体之间相对运动中的偏差的装置，包括：　能够安装于第一物体上的发射器单元和能够安装于第二物体上的光学单元；　该发射器单元装有一个或多个探测器，且其中该发射器单元将至少一束光束指引向光学单元；　该光 学单元装有三个回射器，以向发射器单元反射三束光束；　其中，该一个或多个探测器上的三束反射光束的位置被用于在５个自由度上确定运动轨迹相对于一直线的偏差。

【技术特征摘要】
GB 2002-7-5 0215557.01.一种用于测量第一物体与第二物体之间相对运动中的偏差的装置，包括能够安装于第一物体上的发射器单元和能够安装于第二物体上的光学单元；该发射器单元装有一个或多个探测器，且其中该发射器单元将至少一束光束指引向光学单元；该光学单元装有三个回射器，以向发射器单元反射三束光束；其中，该一个或多个探测器上的三束反射光束的位置被用于在5个自由度上确定运动轨迹相对于一直线的偏差。2.根据权利要求1的装置，其中，在光学单元中装有光学元件，以将该至少一束光束分离成三束光束。3.根据权利要求1的装置，其中，该至少一束光束包括三束光束。4.根据权利要求1的装置，其中，该一个或多个探测器包括三个探测器。5.一种用于测量机器各轴线的垂直度的装置，该机器具有能够彼此相对运动的第一和第二部件，该装置包括能够安装于第一机器部件上的基座单元；能够安装于基座单元上的发射器单元，基座单元以及发射器单元的至少一个表面设置有配合元件，以便在发射器单元的多个已知的相应朝向上确定发射器单元相对于基座单元的位置，从而确定至少一束光束的方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫罗伯茨麦克默特里，雷蒙约翰钱尼，马克阿德里安文森特查普曼，史蒂芬马克安古德，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]