一种运动机构同步性测量装置及其测量方法与流程

1.本发明涉及直线运动机构同步性误差测量的高精度技术领域，具体为一种基于psd传感器的同步性误差测量装置。


背景技术：

2.大型龙门机床、三坐标测量机等具有龙门架(桥架)移动的设备，或运动平台安装在两边平行导轨上的设备；由于存在两条导轨的平行度误差及两边电机的不同步等因素，运动机构在运动时会产生扭摆，进而产生了两边的同步性误差；两边导轨的跨距越大，所产生同步性误差就越大。
3.传统测量同步性误差的方法主要有打表法、干涉仪法等。打表法较适用于小跨距的运动机构，且运动速度较低或静态测量的情况；该方法成本低，测量效率较高，但测量精度和适用性不甚理想。
4.干涉仪法分为双干涉仪法和分光法两种，双干涉仪法一般用两台单频激光干涉仪测量同步性误差，而双频激光干涉仪可用分光法进行测量；干涉仪法测量的精度高，但测量效率较低且设备的价格成本较高。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于psd传感器的运动机构同步性测量装置，具备精度高，操作简单，适用性强等优点，解决了传统测量方法测量效率低成本高等问题。
7.(二)技术方案
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
9.一种运动机构同步性测量装置，包括激光发射器、五棱镜、psd传感器和数据处理终端；所述激光发射器安装在基准轴的一端固定不动，且可使激光束调整至与基准轴平行，激光束为测量的参考基准；所述五棱镜安装在移动工作台或移动龙门架上，且安装位置尽量靠近基准轴，用于传递参考基准；所述psd传感器安装在移动工作台或移动龙门架上，位置靠近被测轴，用于接收激光束并输出相对位移变化量的数据。
10.一种运动机构同步性测量装置的测量方法包括如下步骤：s1.在基准轴的一端的床身或外部三脚架上架设激光发射器，在基准轴移动的近端与远端设置两个测量参考点，调节激光发射器的调节旋钮，使psd传感器在两参考点的数据趋向一致，以此实现激光与基准轴相平行；这一步完成以后即确定了测量的参考基准，激光发射器须保持固定不动；s2.在龙门架或工作台的靠近基准轴的位置上安装五棱镜，使激光束偏转90
°
并射向被测轴；测量时，五棱镜随龙门架或工作台移动；s3.将psd传感器安装在龙门架或工作台上的靠近被测轴的位置上，调整psd传感器的位置，使激光束入射到psd传感器大致中心位置；此时，psd传感器能够测得激光束在传感器的精确位置并将数据通过无线蓝牙传输给数据处理终端；
在测量第一个位置时将位置数据置零；s4.移动龙门架或工作台，将产生的位置数据记录下来；s5.将采集到的数据输入到数据处理端，根据计算结果调整驱动龙门架或工作台的电机控制系统的相关参数，使同步性误差得到修正；s6.重复s4-s5,直至测得的同步性误差小于设定阈值。
11.优选的：在本方案中基准轴的方向为x1；被测轴的方向为x2；由五棱镜反射出的激光束方向为y；x1方向通过五棱镜的确保与y方向垂直；五棱镜的结构和原理确保了因五棱镜的姿态变化引起的激光束的入射角度变化几乎不会影响出射激光束与入射激光束之间的垂直度；同时，五棱镜入射面前方设计有用于指示调整入射激光束位置和角度的小圆反射镜。
12.优选的：当龙门架或工作台在导轨上发生扭摆，y方向与被测轴x2的仍保持垂直，但是龙门架或工作台的被测轴一边与基准轴一边在其运动方向上产生了前后位置偏差，这个偏差即为两边的同步性误差，反映在psd传感器上的读数为δx。
13.优选的：当导轨大于两条时，在选定一个轴当基准轴后通过增加五棱镜与psd传感器等测量单元，完成多导轨同步性误差测量。
14.(三)有益效果
15.与现有技术相比，本发明提供了一种基于psd传感器的同步性误差测量方法，具备以下有益效果：
16.该同步性误差测量方法，通过一个五棱镜将与基准轴平行的激光束折射像另一被测轴，其作用是将基准轴的位置传递到被测轴的psd传感器上。当产生同步性误差时，psd传感器上记录的基准轴位置将会改变，对应的误差由psd传感器实时传输并由数据处理终端进行计算和分析，该方法相比传统方法操作更为简单，而且大大提高了测量的精度。
附图说明
17.图1为一种运动机构同步性测量装置的结构示意图。
18.图2为一种运动机构同步性测量装置的结构原理示意图。
19.图3为一种运动机构同步性测量装置的测量拓展示意图。
20.图中：1、激光发射器；2、基准轴导轨；3、被测轴导轨一；4、龙门架；5、五棱镜；6、psd传感器；7、被测轴导轨二。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.请参阅图1，一种传送装置高精度测量装置，包括激光发射器1、五棱镜5、psd传感器6和数据处理终端；所述激光发射器1安装在基准轴的一端固定不动，且可使激光束调整至与基准轴平行，激光束为测量的参考基准；所述五棱镜5安装在移动工作台或移动龙门架上，且安装位置尽量靠近基准轴，用于传递参考基准(即激光束)；所述psd传感器6安装在移动工作台或移动龙门架上，位置靠近被测轴，用于接收激光束并输出相对位移变化量的数据。
23.图2-3为龙门移动式机床同步性测量方案，此时机床的龙门整体框架组装完成，两
条互相平行的导轨，龙门架通过底部立柱固定在导轨上，通过两侧的双驱电机实现在导轨上的移动，由于导轨自身精度或者电机驱动不同步等问题，会导致出现扭摆现像，不满足使用要求。
24.为了使上述龙门移动式机床满足使用要求，本实施例中龙门架的双边同步性测量采取以下步骤：
25.s1.在基准轴的一端的床身或外部三脚架上架设激光发射器，在基准轴移动的近端与远端设置两个测量参考点，调节激光发射器的调节旋钮，使psd传感器在两参考点的数据趋向一致，以此实现激光束与基准轴相平行；这一步完成以后即确定了测量的参考基准，激光发射器须保持固定不动；
26.s2.在龙门架靠近基准轴的位置上安装五棱镜，使激光束偏转90
°
并射向被测轴；测量时，五棱镜随龙门架移动；
27.s3.将psd传感器安装在龙门架上的靠近被测轴的位置上，调整psd传感器的位置，使激光束入射到psd传感器大致中心位置；此时，psd传感器能够测得激光束在传感器的精确位置并将数据通过无线蓝牙传输给数据处理终端；在测量第一个位置时将位置数据置零；
28.s4.移动龙门架或工作台，将产生的位置数据记录下来。
29.s5.将采集到的数据输入到数据处理端，根据计算结果调整机床控制系统的相关参数，使同步性误差得到修正。
30.s6.重复s4-s5,直至测得的同步性误差小于设定阈值。
31.在本方案中基准轴的运动方向为x1；被测轴的运动方向为x2；由五棱镜反射出的激光束方向为y；y方向通过五棱镜确保与x1方向垂直；五棱镜的结构和原理确保了因五棱镜的姿态变化引起的激光束的入射角度变化几乎不会影响出射激光束与入射激光束之间的垂直度；五棱镜入射面前方设计有用于指示调整入射激光束位置和角度的小圆反射镜，进一步减小了五棱镜面形误差带来的微量垂直度偏差。
32.当龙门结构在两侧导轨因不同步而产生扭摆，通过基准轴上的五棱镜折射到y方向的激光束，射到psd传感器上的位置将产生变化(相对于起始测量点或其他参考的测量点)；也即当龙门架或工作台在导轨上发生扭摆，y方向与被测轴x2的仍保持垂直，但是龙门架或工作台的被测轴一边与基准轴一边在其运动方向上产生了前后位置偏差，这个偏差即为两边的同步性误差，反映在psd传感器上的读数为δx，此时psd传感器的读数δx即为该测量点的同步性误差。
33.当导轨大于两条时，在选定一个轴当基准轴后通过增加五棱镜与psd传感器等测量单元，完成多轴同步性误差测量。
34.综上所述，本实施例中一种门移动式机床的同步性测量方案，适用于绝大多数具有工作台移动式、龙门移动式或类似结构的机床等设备，可以实现长距离大跨度的导轨同步性测量与误差补偿，操作步骤简单，误差数据可以直接由psd传感器位置变换表现出来，一目了然。
35.该方法相比传统的打表法精度更高，操作更简单，想比双干涉仪法，本方法操作更加容易，同时对精度也有一定量的提升；同时在确定好基准轴后本测量方案可以仅需增加测量单元便可实现三条及以上的导轨的同步性测量。
36.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。