本申请涉及一种机床直线轴的几何误差检测装置及其检测方法，所述检测装置包括：包括：反射镜、干涉镜、干涉镜双向位移平台、激光干涉仪、激光干涉仪双向位移平台、第一光栅尺、第二光栅尺以及计算机；反射镜固定在机床的Z向滑动导轨上，干涉镜设于干涉镜双向位移平台上，第一光栅尺设于干涉镜双向位移平台上，用于检测干涉镜沿X、Y方向运动的位移量；激光干涉仪设于激光干涉仪双向位移平台上，第二光栅尺设于激光干涉仪双向位移平台上，用于检测激光干涉仪沿X、Y方向运动的位移量；计算机用于根据空间位置坐标辨识出机床直线轴的几何误差值。该技术方案，具有更高的测量精度以及更宽的测量带宽，测量时间短，满足快速测量的要求。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及精密机床，尤其是一种机床直线轴的几何误差检测装置及其检测方法。
技术介绍
1、随着航空航天、军工、船舶、汽车等行业对精密零件加工的要求越来越高，机床的精度性能显得更加重要，提高数控机床精度的研究倍受重视。尺寸精度是决定数控机床加工精度的最重要因素，而数控机床的几何精度是影响尺寸精度的直接原因。误差测量作为提高机床几何精度基础的环节，如何准确测量或辨识误差项成为国内外学者关注的焦点。
2、对数控机床运动平台几何误差辨识方法，先后出现了9线法，10线法，14线法，激光跟踪法，基于激光干涉仪三坐标测量机综合误差检定，基于开普勒激光干涉仪分步对角线法等等，但这些方法缺乏分析测量仪器的位置误差对辨识结果的影响，比如激光干涉仪自身在测量中所存在的误差也致使辨识精度较差甚至不可信，在一些高精密测量场合，辨识精度远远达不到使用要求。
技术实现思路
1、为了解决上述缺陷之一，本申请提供一种机床直线轴的几何误差检测装置及其检测方法，提高测量效率和辨识精度。
2、一种机床直线轴的几何误差检测装置，包括：反射镜、干涉镜、干涉镜双向位移平台、激光干涉仪、激光干涉仪双向位移平台、第一光栅尺、第二光栅尺以及计算机；
3、所述反射镜固定在机床的z向滑动导轨上，并沿机床的z向滑动导轨进行运动；
4、所述干涉镜设于干涉镜双向位移平台上，所述干涉镜双向位移平台用于移动干涉镜；所述第一光栅尺设于干涉镜双向位移平台上，用于检测干涉镜沿x、y方向运动的位移量；
5、所述激光干涉仪设于激光干涉仪双向位移平台上，所述激光干涉仪双向位移平台用于移动激光干涉仪；所述第二光栅尺设于激光干涉仪双向位移平台上，用于检测激光干涉仪沿x、y方向运动的位移量；
6、所述反射镜依次布置在机床运动平台的测量轨迹上的多个检测位置；所述干涉镜双向位移平台移动干涉镜和所述激光干涉仪双向位移平台移动激光干涉仪在机床运动平台中的相对位置，使得反射镜、干涉镜同在一条测量线上；
7、所述计算机用于获取反射镜在各个检测位置处对应的激光干涉仪所测量的定位数据以及第一光栅尺和第二光栅尺所测量的位移量获取所述反射镜对应的空间位置坐标，并根据所述空间位置坐标辨识出机床直线轴的几何误差值。
8、在一个实施例中，所述干涉镜双向位移平台包括：干涉镜偏摆转台、干涉镜俯仰转台、干涉镜x向移动轴、干涉镜y向移动轴以及干涉镜移动底架；
9、所述干涉镜固定在干涉镜偏摆转台上，所述干涉镜俯仰转台用于调节俯仰角度；所述干涉镜x向移动轴用于进行x轴方向的运动，所述干涉镜y向移动轴用于进行y轴方向的运动；
10、所述第一光栅尺包括分别固定在干涉镜x向移动轴、干涉镜y向移动轴上的干涉镜x向光栅尺和干涉镜y向光栅尺，所述干涉镜x向光栅尺和干涉镜y向光栅尺分别用于检测干涉镜沿x轴、y轴方向运动的位移量。
11、在一个实施例中，所述激光干涉仪双向位移平台包括：激光干涉仪偏摆转台、激光干涉仪俯仰转台、激光干涉仪x向移动轴、激光干涉仪y向移动轴以及激光干涉仪移动底架；
12、所述激光干涉仪固定在激光干涉仪偏摆转台上，所述激光干涉仪俯仰转台用于调节俯仰角度；所述激光干涉仪x向移动轴用于进行x轴方向的运动，所述激光干涉仪y向移动轴用于进行y轴方向的运动；
13、所述第二光栅尺包括分别固定在激光干涉仪x向移动轴、激光干涉仪y向移动轴上的激光干涉仪x向光栅尺和激光干涉仪y向光栅尺，所述激光干涉仪x向光栅尺和激光干涉仪y向光栅尺分别用于检测激光干涉仪沿x轴、y轴方向运动的位移量。
14、在一个实施例中，所述反射镜布置在机床运动平台的xy平面上的5个检测位置，并将反射镜在5个检测位置的z轴方向上进行多个测量点的检测；
15、所述干涉镜双向位移平台通过干涉镜x向移动轴、干涉镜y向移动轴分别移动所述干涉镜在x轴、y轴方向上到达xy平面上的5个检测位置；
16、所述干涉镜x向光栅尺和干涉镜y向光栅尺分别检测所述干涉镜沿x轴、y轴方向上运动的第一x轴位移量和第一y轴位移量；
17、所述激光干涉仪双向位移平台通过激光干涉仪x向移动轴、激光干涉仪y移动轴移动所述激光干涉仪到达xy平面上的5个检测位置；
18、所述激光干涉仪x向光栅尺和激光干涉仪y向光栅尺检测激光干涉仪沿x轴、y轴方向上运动的第二x轴位移量和第二y轴位移量。
19、在一个实施例中，所述计算机用于获取反射镜的预设空间位置坐标，根据所述激光干涉仪的定位数据获取z轴方向位移量，根据所述第一x轴位移量和第一y轴位移量获取干涉镜所在的第一位置坐标，根据第二x轴位移量和第二y轴位移量获取激光干涉仪的第二位置坐标；根据所述预设空间位置坐标、z轴方向位移量、第一位置坐标以及第二位置坐标计算得到机床直线轴的误差数据，根据所述误差数据辨识出机床直线运动轴的六项几何误差。
20、在一个实施例中，所述计算机还用于：
21、获取激光干涉仪在机床运动平台中的所属第二空间位置范围，根据所述第二空间位置范围预设及第二光栅尺误差模型计算第二光栅尺的第二误差补偿量，根据第二误差补偿量对所述第二x轴位移量和第二y轴位移量进行修正；其中，所述第二光栅尺误差模型用于计算激光干涉仪处于不同空间位置范围的第二光栅尺所引入的误差值；
22、获取干涉镜在机床运动平台中的所属第一空间位置范围，根据所述第一空间位置范围预设及第一光栅尺误差模型计算第一光栅尺的第一误差补偿量，根据第一误差补偿量对所述第一x轴位移量和第一y轴位移量进行修正；其中，所述第一光栅尺误差模型用于计算干涉镜处于不同空间位置范围的第一光栅尺所引入的误差值；
23、以及
24、根据修正后的第一x轴位移量和第一y轴位移量获取干涉镜所在的第一位置坐标，以及根据修正后的第二x轴位移量和第二y轴位移量获取激光干涉仪的第二位置坐标。
25、一种机床直线轴的几何误差检测方法，应用于所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，包括：
26、根据机床运动的几何误差模型设计机床运动轴的测量轨迹，将反射镜运动至测量轨迹上的初始检测位置；
27、在初始检测位置通过z向滑动导轨移动反射镜至各个测量点；
28、依次获取各个测量点对应的激光干涉仪所测量的定位数据以及第一光栅尺和第二光栅尺所测量的位移量；
29、将反射镜运动至测量轨迹上的下一个检测位置，对各个测量点再进行测量，直至所有检测位置测量完成；
30、根据各个检测位置的各个测量点所检测的定位数据以及位移量获得反射镜对应的实测空间位置坐标；
31、根据各个测量点对应的预设空间位置坐标及所述实测空间位置坐标计算相应检测位置的误差数据，根据各个检测位置的误差数据辨识出机床直线轴的六项几何误差值。
32、在一个实施例中，所述几何误差方程包括公式①表示：
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【技术保护点】
1.一种机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，包括：反射镜(01)、干涉镜(02)、干涉镜双向位移平台(03)、激光干涉仪(05)、激光干涉仪双向位移平台(06)、第一光栅尺(07)、第二光栅尺(08)以及计算机(09)；
2.根据权利要求1所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述干涉镜双向位移平台(03)包括：干涉镜偏摆转台(31)、干涉镜俯仰转台(32)、干涉镜X向移动轴(33)、干涉镜Y向移动轴(34)以及干涉镜移动底架(35)；
3.根据权利要求1所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述激光干涉仪双向位移平台(06)包括：激光干涉仪偏摆转台(61)、激光干涉仪俯仰转台(62)、激光干涉仪X向移动轴(63)、激光干涉仪Y向移动轴(64)以及激光干涉仪移动底架(65)；
4.根据权利要求2或3所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述反射镜(01)布置在机床运动平台的XY平面上的5个检测位置，并将反射镜(01)在5个检测位置的Z轴方向上进行多个测量点的检测；
5.根据权利要求4所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述计算机(09)用于获取反射镜(01)的预设空间位置坐标，根据所述激光干涉仪(05)的定位数据获取Z轴方向位移量，根据所述第一X轴位移量和第一Y轴位移量获取干涉镜(02)所在的第一位置坐标，根据第二X轴位移量和第二Y轴位移量获取激光干涉仪(05)的第二位置坐标；根据所述预设空间位置坐标、Z轴方向位移量、第一位置坐标以及第二位置坐标计算得到机床直线轴的误差数据，根据所述误差数据辨识出机床直线运动轴的六项几何误差。
6.根据权利要求5所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述计算机(09)还用于：
7.一种机床直线轴的几何误差检测方法，应用于权利要求1-6任一项所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的机床直线轴的几何误差检测方法，其特征在于，所述几何误差方程包括公式①表示：
9.根据权利要求7所述的机床直线轴的几何误差检测方法，其特征在于，所述激光干涉仪(05)测量的方程包括如下公式②所示：
10.根据权利要求9所述的机床直线轴的几何误差检测方法，其特征在于，根据各个检测位置的误差数据辨识出机床直线轴的六项几何误差值，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，包括：反射镜(01)、干涉镜(02)、干涉镜双向位移平台(03)、激光干涉仪(05)、激光干涉仪双向位移平台(06)、第一光栅尺(07)、第二光栅尺(08)以及计算机(09)；
2.根据权利要求1所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述干涉镜双向位移平台(03)包括：干涉镜偏摆转台(31)、干涉镜俯仰转台(32)、干涉镜x向移动轴(33)、干涉镜y向移动轴(34)以及干涉镜移动底架(35)；
3.根据权利要求1所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述激光干涉仪双向位移平台(06)包括：激光干涉仪偏摆转台(61)、激光干涉仪俯仰转台(62)、激光干涉仪x向移动轴(63)、激光干涉仪y向移动轴(64)以及激光干涉仪移动底架(65)；
4.根据权利要求2或3所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述反射镜(01)布置在机床运动平台的xy平面上的5个检测位置，并将反射镜(01)在5个检测位置的z轴方向上进行多个测量点的检测；
5.根据权利要求4所述的机床直线轴的几何误差检测装置，其特征在于，所述计算机...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟超，吴金建，李晶晶，钟慧琪，黄剑锋，万凯，
申请(专利权)人：惠州学院，
类型：发明
国别省市：
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