專利名稱：基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學計量儀器，尤其是涉及機床導軌的圓軌跡運動誤差的快速檢測系統。
背景技術：
評價機床加工精度的有效方法之一就是對圓運動軌跡的測量。圓軌跡運動是機械加工中常見的運動形式之一，是利用兩軸的聯動來實現所要求的軌跡。本實用新型的目標是研發基于掃頻激光干涉的機床圓軌跡運動誤差檢測系統。目前，機床圓軌跡運動誤差檢測主要有基準圓盤法、平面正交光柵法、多普勒激光測量法、雙球規球桿儀等。基準圓盤法不能精確計算、區分出圓軌跡誤差中的單項參數誤差，一般用作檢測機床的最大誤差。平面正交光柵法需要和運動軌跡半徑相匹配的大面積平面光柵，這種光柵加工成本高、制造復雜。多普勒激光測量法需要激光束始終打在反射平面鏡上，測量的整個過程中光路不能被阻斷，增加了檢測的復雜性。且此方法受環境的干擾大、只能測量相對位移的大小。雙球規球桿儀的標定和修正比較復雜，因為球桿儀自身機械結構的體積比較大，只能檢測運動軌跡半徑比較大的圓軌跡誤差，限制了它的使用范圍。
實用新型內容為克服現有技術的測量過程中檢測光路不能被阻斷，受環境的干擾大，只能測量相對位移，儀器的標定和修正復雜的缺點，本實用新型提供了一種測量過程中檢測光路被阻斷也不會影響測量結果，能測得絕對位移，儀器的標定和修正簡單的基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統。基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，其特征在于包括能發出頻率連續變化的光波的掃頻激光器、安裝在機床的被測導軌上的靶鏡和位于所述的掃頻激光器與靶鏡之間、獲取被測物體的誤差的檢測機構；所述的掃頻激光器與所述的檢測機構之間設有將來自掃頻激光器的光信號分成X 向光信號和Y向信號的總分光鏡；所述的檢測機構包括獲取X向光信號、檢測X向誤差的X 向檢測機構和獲取Y向光信號、檢測Y向誤差的Y向檢測機構；所述的靶鏡由兩面正交的反射鏡組成，其中一面反射鏡與X軸垂直；所述的X向檢測機構和Y向檢測機構均包含有接收光信號、并將其分為兩束相互垂直的分光信號的子分光鏡，將其中一束分光信號反射至所述的子分光鏡處的反射鏡，接受子分光鏡處產生的干涉光信號、并將所述的干涉光信號轉換為強弱相間的電信號的光電檢測器，和與所述的光電檢測器連接、識別該干涉信號的周期及其周期個數的計數器，以及與所述計數器連接、將周期個數轉換為被測物的圓軌跡誤差的處理器；第一分光信號朝向所述的靶鏡、第二分光信號朝向所述的反射鏡；所述的第一分光信號遇到靶鏡后反射形成第一反射信號，所述的第二分光信號遇到所述的反射鏡后反射形成第二反射信號，所述的第一反射信號和第二反射信號在所述的子分光鏡處匯聚產生所述的干涉信號。進一步，所述的掃頻激光器與所述的總分光鏡之間設有阻止光信號反射回掃頻激光器的光隔離器。進一步，所述的總分光鏡與Y向檢測機構的子分光鏡之間設有改變Y向光信號的傳播方向、使其對準Y向檢測機構的子分光鏡的轉向反射鏡。進一步，所述的轉向反射鏡與Y軸向呈45°角。進一步，所述的處理器通過公式
s=去Ix、NbC+XiV::Nby)\計算獲得圓軌跡誤差，其中為χ向檢測機構的 R、 2Αυ2Δυ JerNax
計數器在起始位置處檢測到的干涉信號的周期個數；為X向檢測機構的計數器在終點位置處檢測到的干涉信號的周期個數；Α 為Y向檢測機構的計數器在導軌的起始位置處檢測到的干涉信號的周期個數；為Y向檢測機構的計數器在導軌的終點位置處檢測到
的干涉信號的周期個數；為干涉信號波數變化，Ay=j-"f ；(·,,,)為光源的掃頻波
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長范圍。本實用新型具有以下有益效果1.在線實時測量。本實用新型采用的檢測系統基于了掃頻激光干涉的快速掃描特性，可以實現實時檢測。利用激光源的掃頻頻率進行連續掃描，產生一系列的干涉圖像， 這些干涉條紋的干涉相位會產生連續的變化，此干涉相位的變化量與被測光程差成正比， 而光程差可以反應所測幾何量(長度、角度等)的大小，從而對干涉圖像的相位計算可以分離得到誤差參數。因為掃頻的速度很快，所以此檢測裝置真正實現了誤差的在線測量。2.絕對距離測量。傳統激光干涉檢測系統在測量位移大小時，需要被測物體沿導軌從起始位置移動到目標位置。在此移動過程中，激光束需要始終打在測量反射面上，對干涉信號的條紋變化進行連續計數。而本實用新型的掃頻激光檢測系統在檢測位移大小時， 僅需把測量反射鏡分別置于被測距離的起始、終點位置處，對激光器的輸出頻率進行一次掃描(掃描的速度非常快，小于1秒)，即可得到關于被測距離長度的一系列干涉圖像，通過相應的分析處理，分離出誤差參數。可見，傳統激光干涉檢測系統是相對距離的測量，而本實用新型實現了絕對距離測量。3.無導軌測量特性，抗干擾能力強。現有的測量系統需要被測物體沿導軌路線從起始位置運動到終點位置。在移動過程中，激光束始終不能阻斷。而本實用新型采用掃頻激光器，無需被測物體沿導軌移動，僅需把目標反射鏡放在被測距離的起始點位置，掃頻光源掃描后，即可精確檢測到工作臺或者被測工件的位移數據。測量時不受測量行程的影響， 抗干擾能力強。
圖1是本實用新型的示意圖。
具體實施方式
參照附圖，進一步說明本實用新型基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，其特征在于包括能發出頻率連續變化的光波的掃頻激光器1、安裝在機床的被測導軌上的靶鏡2和位于所述的掃頻激光器1與靶鏡2之間、獲取被測物體的誤差的檢測機構；所述的掃頻激光器1與所述的檢測機構之間設有將來自掃頻激光器的光信號分成X向光信號和Y向信號的總分光鏡3 ；所述的檢測機構包括獲取X向光信號、檢測X向誤差的X向檢測機構和獲取Y向光信號、檢測Y向誤差的Y向檢測機構；所述的靶鏡2由兩面正交的反射鏡組成，其中一面反射鏡與X軸垂直；所述的X向檢測機構和Y向檢測機構均包含有接收光信號、并將其分為兩束相互垂直的分光信號的子分光鏡41，將其中一束分光信號反射至所述的子分光鏡41處的反射鏡42，接受子分光鏡41處產生的干涉光信號、并將所述的干涉光信號轉換為強弱相間的電信號的光電檢測器43，和與所述的光電檢測器43連接、識別該干涉信號的周期及其周期個數的計數器44，以及與所述計數器44連接、將周期個數轉換為被測物的圓軌跡誤差的處理器；第一分光信號朝向所述的靶鏡2、第二分光信號朝向所述的反射鏡42 ；所述的第一分光信號遇到靶鏡2后反射形成第一反射信號，所述的第二分光信號遇到所述的反射鏡 42后反射形成第二反射信號，所述的第一反射信號和第二反射信號在所述的子分光鏡41 處匯聚產生所述的干涉信號。所述的掃頻激光器1與所述的總分光鏡3之間設有阻止光信號反射回掃頻激光器 1的光隔離器5。所述的總分光鏡2與Y向檢測機構的子分光鏡之間設有改變Y向光信號的傳播方向、使其對準Y向檢測機構的子分光鏡的轉向反射鏡6。所述的轉向反射鏡6與Y軸向呈45°角。所述的處理器通過公式
權利要求1.基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，其特征在于包括能發出頻率連續變化的光波的掃頻激光器、安裝在機床的被測導軌上的靶鏡和位于所述的掃頻激光器與靶鏡之間、獲取被測物體的誤差的檢測機構；所述的掃頻激光器與所述的檢測機構之間設有將來自掃頻激光器的光信號分成X向光信號和Y向信號的總分光鏡；所述的檢測機構包括獲取X向光信號、檢測X向誤差的X向檢測機構和獲取Y向光信號、檢測Y向誤差的Y向檢測機構；所述的靶鏡由兩面正交的反射鏡組成，其中一面反射鏡與X軸垂直；所述的X向檢測機構和Y向檢測機構均包含有接收光信號、并將其分為兩束相互垂直的分光信號的子分光鏡，將其中一束分光信號反射至所述的子分光鏡處的反射鏡，接受子分光鏡處產生的干涉光信號、并將所述的干涉光信號轉換為強弱相間的電信號的光電檢測器，和與所述的光電檢測器連接、識別該干涉信號的周期及其周期個數的計數器，以及與所述計數器連接、將周期個數轉換為被測物的圓軌跡誤差的處理器；第一分光信號朝向所述的靶鏡、第二分光信號朝向所述的反射鏡；所述的第一分光信號遇到靶鏡后反射形成第一反射信號，所述的第二分光信號遇到所述的反射鏡后反射形成第二反射信號，所述的第一反射信號和第二反射信號在所述的子分光鏡處匯聚產生所述的干涉信號。
2.如權利要求1所述的基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，其特征在于所述的掃頻激光器與所述的總分光鏡之間設有阻止光信號反射回掃頻激光器的光隔離
3.如權利要求2所述的基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，其特征在于所述的總分光鏡與Y向檢測機構的子分光鏡之間設有改變Y向光信號的傳播方向、使其對準Y向檢測機構的子分光鏡的轉向反射鏡。
4.如權利要求3所述的基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，其特征在于所述的轉向反射鏡與Y軸向呈45°角。
專利摘要基于掃頻激光干涉的圓軌跡運動誤差快速測量系統，包括掃頻激光器、靶鏡和檢測機構，總分光鏡；檢測機構包括X向檢測機構和Y向檢測機構；檢測機構均包含子分光鏡，反射鏡，光電檢測器和計數器，以及處理器；第一分光信號朝向靶鏡、第二分光信號朝向反射鏡；第一分光信號遇到靶鏡后反射形成第一反射信號，第二分光信號遇到反射鏡后反射形成第二反射信號，第一反射信號和第二反射信號在子分光鏡處匯聚產生干涉信號。本實用新型具有測量過程中檢測光路被阻斷也不會影響測量結果，能測得絕對位移，儀器的標定和修正簡單的優點。
文檔編號B23Q17/24GK201940862SQ20102061688
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者曹衍龍, 楊將新, 汪凱巍, 汪琛琛, 金鷺 申請人:浙江大學