一种关于直线导轨平行度误差的快速测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直线导轨平行度误差的快速测量方法，属于机床精度设计领域。
【背景技术】
[0002] 世界范围内装备制造业的竞争，使得机床向高精度和大型化方向发展。作为对机 床性能有着非常重要影响的导轨平行度误差一直备受关注。因此，如何准确、快速、高效地 测得直线导轨平行度误差以提高机床的加工精度，具有重要的现实意义。
[0003] 平行度公差是一种定向公差，是被测要素相对基准在方向上允许的变动量。检测 机床导轨平行度误差常用的仪器和方法有：打表法、水平仪和自准直仪等。打表法只能用于 两导轨距离较小条件下的测量；水平仪和自准直仪属于高精度的测量装置，以往都是把测 得的数据先进行数据处理后，再用手工绘图的方式得出平行度误差值。数据处理烦琐，浪费 时间，效率低。在国际标准（IS0230-1-1996机床检验通则）中激光干涉仪是唯一公认的，目 前最常用的数控机床精度检定仪器，它在功能、灵敏度、稳定性、精度方面极具优势。因此， 在本项发明中使用激光干涉仪测量直线导轨平行度误差。
[0004] 激光干涉仪测量直线度测量原理：激光干涉仪测量直线度主要是利用激光干涉原 理进行测量，即利用两束激光相对光程变化测量直线度。基于双频干涉原理的直线度测量 原理图如图1所示。激光干涉仪把两个不同频率的线偏振光分为带一定夹角Θ的两束光 线。其中测量反射镜也是由带一定夹角Θ(此夹角和分光镜分出的两束光线夹角相等）的 双面反射镜组成。测量时移动分光镜或反射镜，移动部件的横向（沿光轴方向为纵向）变 化会使两光束的光程产生变化，这个变化量经过处理就得到直线度误差。
[0005] 测量时，设测量反射镜由初始位置1移动至被测位置2,沿测量基准轴线方向的速 度为V，根据多普勒效应及图1可得：
【主权项】
1. 一种关于直线导轨平行度误差的快速测量方法，其特征在于：该方法是一种间接测 量方法，首先分别测量两平行导轨的直线度误差，再通过对两导轨直线度误差拟合计算，得 到平行度误差；设两平行直线导轨分别为导轨a和导轨b ; 本发明的实施步骤如下， 步骤一直接测量直线导轨a的直线度误差 SI. 1规划N个测试采样点 SI. 2组件安装及光路对准 在规划完测试采样点之后，完成对直线度测量的光路图设计、组件安装及光路对准； 激光干涉仪直线度测量系统包括激光头、五棱镜、6-D传感单元、多轴调节夹具；在测 量现场中，激光头和五棱镜固定在系统机体上，6-D传感单元固定在调节夹具上； SI. 3数据采集和数据分析 全部组件安装完毕之后，进行组件对准以及XD传感器无线收发器的安装；在完成XD系 统参数设置之后，便可以进行数据采集；完成数据采集过程后，程序将提示用户数据采集已 经完成并保存，这时可利用数据分析功能得到直线度误差测量结果； 步骤二测量直线导轨b的直线度误差 直线导轨b的直线度误差测量类似于步骤一，不同的是测量组件安装部分；重复步骤 一的步骤测量直线导轨b的直线度误差； 步骤三两平行直线导轨平行度误差间接测量 激光干涉仪测量机床导轨平行度是基于激光干涉仪测量直线度的功能来实现的：测量 两导轨在同一基准直线条件下各自的直线度误差，两导轨直线度测量完成后，在XD系统中 进行平行度分析，经过数据拟合分析即可计算出导轨的平行度误差； 在测量X轴方向两条水平导轨直线度时，其测量基准均为激光干涉仪测量直线度附件 中双面反射镜的角平分线，这两条角平分线位于同一平面，且相互平行，因此可认为两导轨 是以同一基准直线条件下进行的直线度误差测量。
2. 根据权利要求1所述的一种关于直线导轨平行度误差的快速测量方法，其特征在 于：以龙门式五轴加工机床为例，建立机床笛卡尔坐标系；龙门式五轴加工机床X向导轨直 线度误差；该方法涉及的装置包括激光头、6-D传感单元、五棱镜、调节夹具、被测X向直线 导轨； 步骤一直接测量直线导轨a的直线度误差 SI. 1规划N个测试采样点 按照等间隔，在被测X向直线导轨5上规划N个测试采样点； SI. 2组件安装及光路对准 在规划完测试采样点之后，需要完成直线度误差测量装置的组件安装及光路对准； 组件安装：激光头通过磁性基座固定安装，6-D传感单元固定在调节夹具上，沿X向导 轨作直线运动； 光路对准：当激光头和传感单元距离最近时，通过调整传感单元位置来调整传感单元 相对于激光头的横向位置；当激光头和传感单元最远时，通过调整激光头快速对准夹具上 的调整钉来改变光束方向；从而使激光基准轴线与X向导轨运动轴线平行； SI. 3数据采集和数据分析 在开始测量之前，必须进行系统参数设置，定义一些测试单位、灵敏度及传感器精度等 参数，完成XD测量系统的设置； 数据采集：XD测量系统参数设置完成之后，便可以进行X向导轨直线度误差的测量； 将6-D传感器移动到第一个测量点，按下"Enter"键开始数据采集，采集第一个点的数据之 后，移动到下一个测量点，再按"Enter"键采集第二个测量点；如此重复进行，测量每个测 量占. 数据分析：完成数据采集过程后，程序将提示用户数据采集已经完成并保存，这时可利 用数据分析功能计算得到直线度误差；单击主菜单"DataAnalysis"下的"Open"选项，将打 开一个标准的打开文件对话框，选择直线度误差数据文件，分析计算得到直线度误差；步骤 二测量直线导轨b的直线度误差 直线导轨b的直线度误差测量类似于步骤一，不同的是测量组件安装部分；重复步骤 一的步骤测量直线导轨b的直线度误差； 需要注意的是：XD测量系统参数设置要与步骤一的参数设置一致；测量导轨b直线度 误差时，水平仪的读数和传感单元俯仰角B读数要与第一轨道测量时保持一致； 步骤三两平行直线导轨平行度误差间接测量 两导轨直线度误差测量完成后，选择菜单"DataAnalysis/Open"选项，将弹出一个标准 的"文件打开"对话框；在"File ofType"处选择平行度，通过数据拟合计算便可得到两平 行导轨的平行度误差。
【专利摘要】一种关于直线导轨平行度误差的快速测量方法，本发明所述的方法是一种间接测量方法，通过激光干涉仪测量、采集直线导轨上若干数据点，通过XD激光测量系统中的直线度数据分析模块，对所采集点的数据进行直线度测量结果分析，即可得到导轨的直线度误差。然后通过XD测量系统中平行度误差分析模块，对两组导轨直线度误差拟合计算，得到导轨的平行度误差。此方法解决了现有测量方法效率低、误差大且数据处理复杂等问题。
【IPC分类】G01B11-26
【公开号】CN104807417
【申请号】CN201510138248
【发明人】蔡力钢, 姜鑫, 刘志峰, 程强, 秦德霖
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月26日