上；Y轴电机定子11、Y轴电机动子12、随动导轨连接件13、随动导轨14和激光位移传感器6依次连接；由上到下依次设置有激光位移传感器6、Y轴运动平台15、Υ轴导轨8、Χ轴运动平台5、Χ轴导轨9和振动平台基座I ;X轴电机定子17、Χ轴电机动子18、Χ轴运动平台连接件16、Χ轴运动平台5依次连接；Υ轴光栅7和X轴光栅10分别设置在Y轴导轨8和X轴导轨9旁边，用于监测激光位移传感器6在Y轴和X轴方向上实际移动的距离，即是否按照设定的轨迹运动，实现闭环运动控制。Y轴光栅7和X轴光栅10均为高精度光栅。
[0037]随动导轨14与X轴导轨9平行，Y轴导轨8垂直于随动导轨14和X轴导轨9。随动导轨连接件13与随动导轨14相匹配，能够在随动导轨14上来回滑动；Υ轴运动平台15与Y轴导轨8相匹配，能够在Y轴导轨8上来回滑动；Χ轴运动平台5与X轴导轨9相配，能够在X轴导轨9上来回滑动。
[0038]当Y轴电机定子11产生作用力时，推动Y轴电机动子12、随动导轨连接件13、随动导轨14、激光位移传感器6和Y轴运动平台15沿Y轴导轨8运动。Y轴电机定子11的质量不会施加到Y轴运动平台15上，从而比现有技术减小了 Y轴方向上的运动质量。
[0039]当X轴电机定子17产生作用力时，推动X轴电机动子18、X轴运动平台连接件16、X轴运动平台5、Υ轴导轨8、Υ轴运动平台15、激光位移传感器6和随动导轨14沿X轴导轨9运动。此时，随动导轨14与随动导轨连接件13之间产生在X轴导轨9方向上相对位移，使得Y轴音圈电机4(包括Y轴电机定子11和Y轴电机动子12)和随动导轨连接件13在X轴导轨9方向上保持不动。Y轴电机定子11、Υ轴电机动子12和X轴电机定子17的质量均不会施加到X轴运动平台5上，从而比现有技术减小了 X轴方向上的运动质量。
[0040]通过调节X轴音圈电机3的频率和Y轴音圈电机4的频率，得到各种扫描轮廓和大量面型数据，通过数据处理、拼接和融合技术，得到面型误差。该二维振动辅助激光扫描在位检测系统能够达到2 μπι的精度，通过与机床集成可以在机床整个行程范围内进行大面积的检测。
[0041]X轴音圈电机3和Y轴音圈电机4通过频率调节，可以获得不同形状的扫描曲线，如图4-7所示，短时间内可以获得大量的测量数据。根据需要选择合适的频率，可以提高检测效率。
[0042]二维振动辅助激光扫描在位检测系统20的X和Y轴具有很好的直线度和垂直度，振动平台基座I采用精度好，性能稳定的花岗岩材料，与磨床21集成于一体，随着主轴一起运动，通过路径规划可以得到较优的检测路径，得到不同形状的检测点云。如图8-10所示，二维振动辅助激光扫描在位检测系统和机床都在运动，机床按时限规划好的轨迹运动，二维振动辅助激光扫描在位检测系统按照一定的频率振动，可以看到在较短的时间内得到大量的冗余数据，可以进行后续的数据融合提高检测精度。当需要加工时，机床运动到一头，二维振动辅助激光扫描在位检测系统通过机床控制系统自动卸下，当需要检测时，二维振动辅助激光扫描在位检测系统装夹上后进行检测，避免了工件的搬运。具体实施流程如图11所示，首先根据需要来设定X轴音圈电机和Y轴音圈电机的频率，得到相应的局部扫描轨迹；机床按事先的规划好的轨迹作相应运动，结合二维振动辅助激光扫描在位检测系统的运动，可以进行大范围的扫描运动，得到大量数据点。再通过数据滤波等预处理后，基于多贝叶斯等融合算法进行局部数据融合，将大量冗余数据信息进行融合后，得到数量较少但精度较高的点，对每一部分局部检测数据都进行相应的融合，然后将数据进行拼接，得到检测区域的数据。事先通过激光干涉仪进行机床和二维振动辅助激光扫描在位检测系统的标定，得到机床和二维振动辅助激光扫描在位检测系统的几何误差，然后通过数字补偿方式对处理后的数据进行补偿，得到了被测大口径光学镜面的曲面误差。通过该二维振动辅助激光扫描在位检测系统，在保证精度的同时具有较好的检测效率，抗干扰性好，可以应用于不同场合和用于不同目标的检测。
[0043]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，包括随动导轨和X轴导轨，以及与所述随动导轨匹配连接的随动导轨连接件；所述随动导轨平行于所述X轴导轨，可沿所述X轴导轨方向来回滑动，而所述随动导轨连接件在X轴方向上保持不动。2.如权利要求1所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，还包括Y轴音圈电机、Y轴导轨、Y轴运动平台、激光位移传感器、X轴音圈电机、X轴运动平台连接件和X轴运动平台；所述Y轴音圈电机、所述随动导轨连接件、所述随动导轨和所述激光位移传感器依次连接；从上到下依次设置所述激光位移传感器、所述Y轴运动平台、所述Y轴导轨、所述X轴运动平台、所述X轴导轨；所述X轴音圈电机通过所述X轴运动平台连接件与X轴运动平台连接； 其中，进一步地将所述Y轴音圈电机和X轴音圈电机设置为:当所述Y轴音圈电机产生作用力时，推动所述随动导轨连接件、所述随动导轨、所述激光位移传感器和所述Y轴运动平台沿所述Y轴导轨运动；当所述X轴音圈电机产生作用力时，推动所述X轴运动平台连接件、所述X轴运动平台、所述Y轴导轨、所述Y轴运动平台、所述激光位移传感器、所述随动导轨沿所述X轴导轨运动。3.如权利要求2所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，还包括Y轴光栅和X轴光栅；所述Y轴光栅设置在所述Y轴导轨旁边，用于监测所述激光位移传感器在Y轴方向上的移动距离；所述X轴光栅设置在所述X轴导轨旁边，用于监测所述激光位移传感器在X轴方向上的移动距离；从而实现全闭环运动控制。4.如权利要求2所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，还包括振动平台基座和电机固定支座；所述Y轴音圈电机和所述X轴音圈电机设置在所述电机固定支座上；所述电机固定支座和所述X轴导轨设置在所述振动平台基座上；所述振动平台基座可拆卸地连接到机床上。5.如权利要求4所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，所述振动平台基座采用花岗岩材料制备。6.如权利要求2所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，还包括驱动与控制系统、数据处理系统；所述激光位移传感器通过所述驱动与控制系统调节所述X轴音圈电机的频率和所述Y轴音圈电机的频率，得到各种扫描轮廓和大量面型数据，再通过所述数据处理系统进行数据处理、拼接和融合，得到所测面型的误差。7.如权利要求2所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，所述Y轴音圈电机包括连接在一起的Y轴电机定子和Y轴电机动子；所述Y轴电机动子与所述随动导轨连接件相连，能与所述随动导轨连接件一同在Y轴方向上运动；所述X轴音圈电机包括连接在一起的X轴电机定子和X轴电机动子；所述X轴电机动子与所述X轴运动平台连接件相连，能与所述X轴运动平台连接件一同在X轴方向上运动。8.如权利要求2所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统，其特征在于，所述X轴音圈电机和所述Y轴音圈电机均通过频率调节，获得不同形状的扫描曲线；根据所测面型选择合适的频率，从而提尚检测效率。9.如权利要求1?8任一项所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统的应用是作为大口径光学镜面机床的配套检测装置。10.如权利要求1?8任一项所述的二维振动辅助激光扫描在位检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:通过激光干涉仪进行机床和所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统的标定，得到所述机床和所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统的几何误差； 步骤二:根据需要通过所述驱动与控制系统设定所述X轴音圈电机的频率和所述Y轴音圈电机的频率，得到被检测的大口径光学镜面的相应的局部扫描轨迹； 步骤三:机床按事先规划好的轨迹作相应运动，结合所述二维振动辅助激光扫描在位检测系统的运动，进行大范围的扫描运动，得到大量数据点； 步骤四:通过所述数据处理系统对所述步骤三得到的大量数据点进行数据滤波预处理，以及基于多贝叶斯和/或神经融合算法进行局部数据融合，将大量冗余数据信息进行融合后，得到数量较少但精度较高的点，对每一部分局部检测数据都进行相应的融合，然后将数据进行拼接，得到检测区域的数据； 步骤五:通过所述数据处理系统将所述步骤一得到的几何误差以数字补偿方式对所述步骤四得到的检测区域的数据进行补偿，得到被检测的大口径光学镜面的曲面误差。
【专利摘要】本发明公开一种二维振动辅助激光扫描在位检测系统，包括随动导轨和X轴导轨，以及与该随动导轨匹配连接的随动导轨连接件；还包括Y轴音圈电机、激光位移传感器、X轴音圈电机和X轴运动平台；随动导轨平行于X轴导轨，可沿该X轴导轨方向来回滑动，而所述随动导轨连接件在X轴方向上保持不动。随动导轨的存在使得与随动导轨连接件相连接的Y轴音圈电机在激光位移传感器拉动随动导轨沿X轴导轨运动时能够保持不动，从而Y轴音圈电机的质量不会成为激光位移传感器在X轴方向运动的阻力，因而不用增大X轴音圈电机的功率和体积。本发明实现了在位检测，在保证精度的同时具有较好的检测效率，抗干扰性好，可以应用于不同场合和用于不同目标的检测。
【IPC分类】B23Q17/24
【公开号】CN105081888
【申请号】CN201510556255
【发明人】任明俊, 孙立剑, 殷跃红
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月2日