專利名稱：絲杠檢測裝置及采用該絲杠檢測裝置的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絲杠檢測裝置及采用該絲杠檢測裝置的檢測方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科研儀器以及裝備制造業(yè)整體技術(shù)水平不斷提高，對高精機(jī)床、精密機(jī)械中的核心驅(qū)動部件一絲杠的精度要求也越來越高。在諸如光柵刻劃機(jī)等一些精密儀器領(lǐng)域，隨著整機(jī)精度的不斷提高，對絲杠的誤差要求越來越高，如在800mm長度范圍對絲杠的小周期誤差及累積誤差的要求已經(jīng)分別達(dá)到O.1 μ m和3 μ m以內(nèi)?？梢?，實(shí)用有效的絲杠檢測裝置及檢測方法是加工出高精度絲杠的必要條件之一。
目前所廣泛實(shí)用的絲杠檢測裝置在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采用“一端固定，一端浮動”的方式裝夾被測絲杠，如圖1所示，該絲杠檢測裝置包括浮動端支座la、壓縮彈簧2a、滑套3a、編碼器4a、浮動端鋼球5a、左端V形軸承6a、檢測螺母8a、光學(xué)測量鏡9a、右端V形軸承10a、固定端鋼球11a、固定端支座12a、雙頻激光干涉儀13a。用以檢測的絲杠7a左右兩端軸頸分別安放在左端V形軸承6a與右端V形軸承IOa上，其中左端V形軸承6a與右端V形軸承 IOa共同確定被檢絲杠7a的回轉(zhuǎn)軸線水平。所述絲杠7a的右端通過固定端鋼球Ila靠置在固定端支座12a上,該固定端支座12a對絲杠7a起到水平向右的限位作用。所述浮動端支座Ia內(nèi)嵌有滑套3a，滑套3a與嵌置在絲杠7a左端軸孔的浮動端鋼球5a接觸。所述編碼器4a安裝在絲杠7a上，隨著絲杠7a —起轉(zhuǎn)動，以記錄絲杠7a的轉(zhuǎn)角信號。所述雙頻激光干涉儀13a是一種外差式干涉儀，其以波長作為標(biāo)準(zhǔn)對被測長度進(jìn)行度量。所述光學(xué)測量鏡9a放置在檢測螺母8a上，隨檢測螺母8a —起移動。該雙頻激光干涉儀13a發(fā)出的激光束經(jīng)光學(xué)測量鏡9a反射而返回，經(jīng)雙頻激光干涉儀13a內(nèi)部光電信號轉(zhuǎn)換后得到檢測螺母8a的位置信號。通過將絲杠7a的轉(zhuǎn)角信號和檢測螺母8a的位置信號按照時間對應(yīng)關(guān)系輸入到計算機(jī)中就可以得到檢測螺母8a的運(yùn)動曲線，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析從運(yùn)動曲線上可以得到被檢絲杠7a的小周期誤差與累積誤差。
上述絲杠檢測裝置具有一定的精度，可以滿足一般要求的絲杠檢測工作。但在檢測過程中如圖2所示，由于加工和調(diào)裝過程中經(jīng)常存在誤差，固定端鋼球Ila與被檢絲杠7a 回轉(zhuǎn)軸線不能完全重合時，即會產(chǎn)生一位置偏差。而且絲杠7a的回轉(zhuǎn)軸線與固定端支座 12a的支撐面不能嚴(yán)格垂直，同時存在一角度偏差。由于上述兩個偏差的存在，當(dāng)絲杠7a周向轉(zhuǎn)動一周時，固定端鋼球Ila球心軌跡在固定端支座12a支撐面上的投影就形成了一個橢圓，當(dāng)固定端鋼球Ila球心投影分別位于橢圓的兩個長軸頂點(diǎn)時，固定端鋼球Ila在絲杠 7a軸向方向上竄動最大,假設(shè)其值為D,同時固定端鋼球11偏離軸線距離值為d,而固定端支座12a的支撐面與絲杠7a回轉(zhuǎn)軸線的法平面的夾角值為Θ，則可以得到關(guān)于D的表達(dá)式為 D=2dX tan Θ。
由以上分析可見，在絲杠7a回轉(zhuǎn)的周期內(nèi)，絲杠7a的檢測結(jié)果中包含一個幅值為 2dXtane呈周期性變化的軸向竄動誤差，該誤差屬于系統(tǒng)誤差，由于很難得到d、Θ的準(zhǔn)確值，因此就不能確定D的大小，也就無法通過常規(guī)補(bǔ)償方法消除其影響。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，實(shí)有必要提供一種絲杠檢測裝置及采用該絲杠檢測裝置的檢測方法， 能夠消除絲杠檢測過程中由于絲杠軸向竄動而產(chǎn)生的測量誤差。
一種絲杠檢測裝置，用以檢測絲杠的誤差值，該絲杠檢測裝置包括浮動端支座、 編碼器、二 V形軸承、檢測螺母、光學(xué)測量鏡、雙頻激光干涉儀及固定端安裝座；
所述絲杠承載于二 V形軸承上，并夾置于浮動端支座與固定端安裝座之間；
所述檢測螺母套設(shè)于絲杠的外周上，當(dāng)該絲杠作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，所述檢測螺母 沿絲杠的軸向作直線運(yùn)動；
所述光學(xué)測量鏡固定安裝在檢測螺母上，隨檢測螺母一起移動；
所述雙頻激光干涉儀面向所述絲杠的一外端部設(shè)置；
該絲杠檢測裝置還包括光學(xué)參考鏡及角鏡；
所述光學(xué)參考鏡固定安裝于絲杠的外端部上，隨絲杠一起作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；
所述角鏡靠近雙頻激光干涉儀設(shè)置，用以將該雙頻激光干涉儀發(fā)出的激光束反射 至光學(xué)測量鏡。
其中，二 V形軸承是指兩個V形軸承。
在上述技術(shù)方案中，所述光學(xué)參考鏡垂直于所述絲杠的軸線設(shè)置。
在上述技術(shù)方案中，所述光學(xué)測量鏡垂直于所述絲杠的軸線設(shè)置。
在上述技術(shù)方案中，所述雙頻激光干涉儀正對所述光學(xué)參考鏡設(shè)置。
在上述技術(shù)方案中，所述固定端安裝座包括推力軸承及固定所述推力軸承的推力 軸承支座，所述推力軸承卡置于所述絲杠的一軸頸上。
一種采用所述絲杠檢測裝置的檢測方法，具體步驟包括經(jīng)所述雙頻激光干涉儀 射出的激光束分成兩束，其中一束沿著絲杠的軸線方向經(jīng)光學(xué)參考鏡反射后回到雙頻激光 干涉儀上；另一束經(jīng)角鏡反射后傳至光學(xué)測量鏡上再沿該路徑返回到雙頻激光干涉儀上。
在上述技術(shù)方案中，通過平行光管光學(xué)調(diào)整法將光學(xué)參考鏡調(diào)整至與絲杠的軸線 相垂直的位置。
在上述技術(shù)方案中，所述編碼器用以同步記錄絲杠的轉(zhuǎn)角信號。
在上述技術(shù)方案中，通過雙頻激光干涉儀的內(nèi)部運(yùn)算處理，得到光學(xué)測量鏡相對 于光學(xué)參考鏡的位移信號。
在上述技術(shù)方案中，將每一時刻編碼器記錄的轉(zhuǎn)角信號所對應(yīng)的雙頻激光干涉儀 記錄的位移信號經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算從而得到檢測螺母關(guān)于絲杠轉(zhuǎn)角的運(yùn)動曲線，進(jìn)而對運(yùn)動曲 線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終得到絲杠的誤差檢測結(jié)果。
本發(fā)明的絲杠檢測裝置及采用該絲杠檢測裝置的檢測方法中在絲杠端部加裝了 可同絲杠一起轉(zhuǎn)動的光學(xué)參考鏡，當(dāng)在檢測過程中絲杠發(fā)生軸向竄動時，光學(xué)參考鏡隨之 做相同運(yùn)動，這樣消除了絲杠檢測過程中由于絲杠軸向竄動而產(chǎn)生的測量誤差，使得雙頻 激光干涉儀記錄的是檢測螺母上的光學(xué)測量鏡與絲杠端部的光學(xué)參考鏡之間的相對位移， 該絲杠檢測裝置操作簡易，且采用該絲杠檢測裝置的檢測方法得到的絲杠誤差測量結(jié)果可 靠性高。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中絲杠檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中絲杠檢測裝置在檢測過程中產(chǎn)生絲杠軸向竄動誤差的示意圖，其中 實(shí)線部分表示固定端鋼球、絲杠回轉(zhuǎn)軸線與固定端支座的理論位置，虛線部分表示固定端 鋼球、絲杠回轉(zhuǎn)軸線與固定端支座的實(shí)際位置。
圖3是本發(fā)明的絲杠檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
主要元件符號說明
1、Ia -浮動端支座；
2、2a -彈簧；
3、3a -滑套；
4、4a -編碼器；
5,5a -浮動端鋼球；
6、6a -左端V形軸承；
7、7a -絲杠；
8、8a -檢測螺母；
9、9a -光學(xué)測量鏡；
IOUOa -右端V形軸承；
ll、lla -固定端鋼球；
12、12a -固定端支座；
13 -雙頻激光干涉儀；
14 -推力軸承；
15 -推力軸承支座；
16 -光學(xué)參考鏡；
17 -角鏡。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。
請參閱圖3，本發(fā)明的絲杠檢測裝置包括浮動端支座1、壓縮彈簧2、滑套3、編碼器 4、浮動端鋼球5、左端V形軸承6、檢測螺母8、光學(xué)測量鏡9、右端V形軸承10、雙頻激光干 涉儀13、推力軸承14、推力軸承支座15、光學(xué)參考鏡16及角鏡17。被檢測的絲杠7水平承 載于左端V形軸承6與右端V形軸承10，并夾置于滑套3與推力軸承14之間。
所述滑套3嵌置于浮動端支座I內(nèi)，所述壓縮彈簧2夾置于浮動端支座I與滑套3 之間，所述滑套3通過壓縮彈簧2實(shí)現(xiàn)可相對于浮動端支座I沿水平方向做往復(fù)線性運(yùn)動。 這樣，滑套3可向絲杠7的一端(如其左端)提供浮動支撐。所述推力軸承14則通過推力 軸承支座15固定卡置于絲杠7靠近右端的軸頸上，從而與滑套3相對設(shè)置以限制絲杠7沿 其軸向的位移。
在本實(shí)施例中，該推力軸承14鑲嵌在推力軸承支座15的軸孔里。所述滑套3與 嵌置在絲杠7左端軸孔的浮動端鋼球5相抵靠。所述光學(xué)參考鏡16固連到所述絲杠7的 右側(cè)端部，其可跟絲杠7 —起周向轉(zhuǎn)動。在本實(shí)施例中，檢測絲杠7時需通過平行光管光學(xué)調(diào)整法將該光學(xué)參考鏡16調(diào)整至與絲杠7的軸線相垂直的位置。
所述檢測螺母8套設(shè)于絲杠7上并與該絲杠7相螺合，這樣當(dāng)絲杠7做周向旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動時，該檢測螺母8沿絲杠7的軸線方向上做直線運(yùn)動。與現(xiàn)有的檢測裝置相同(參考 圖1)，所述光學(xué)測量鏡9固定安裝在檢測螺母8上，隨檢測螺母8—起移動。該光學(xué)測量鏡 9垂直于所述絲杠7的軸線設(shè)置。
再次參照圖3，所述絲杠檢測裝置工作時，所述絲杠7在外力的作用下做周向旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動，所述編碼器4用以同步記錄在一定時刻該絲杠7的轉(zhuǎn)角信號，與此同時，套置于絲杠7 上的檢測螺母8沿絲杠7的軸線方向上做直線運(yùn)動。經(jīng)所述雙頻激光干涉儀13射出的激 光束分成兩束，其中一束沿著絲杠7的軸線方向經(jīng)光學(xué)參考鏡16反射后回到雙頻激光干涉 儀13上，另一束沿著垂直于絲杠7的軸線方向經(jīng)角鏡17反射后傳至光學(xué)測量鏡9上再沿 上述路徑返回到雙頻激光干涉儀13。通過雙頻激光干涉儀13的內(nèi)部運(yùn)算處理，可以得到 在一定時刻光學(xué)測量鏡9相對于光學(xué)參考鏡16的位移信號,而該位移型號反映的是檢測螺 母8與絲杠7之間的相對位移。最后，將每一時刻編碼器4記錄的轉(zhuǎn)角信號所對應(yīng)的雙頻 激光干涉儀13記錄的位移信號同時輸入到計算機(jī)中，經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算就可以得到檢測螺母8 關(guān)于絲杠7轉(zhuǎn)角的運(yùn)動曲線，其中不摻雜被檢絲杠7的軸向竄動誤差。進(jìn)而對運(yùn)動曲線進(jìn) 行數(shù)據(jù)分析，就可以得到絲杠7的誤差檢測結(jié)果。
綜上所述，本發(fā)明的絲杠檢測裝置及采用該絲杠檢測裝置的檢測方法中在絲杠7 端部加裝了可同絲杠7 —起轉(zhuǎn)動的光學(xué)參考鏡16，當(dāng)在檢測過程中絲杠7發(fā)生軸向竄動時， 光學(xué)參考鏡16隨之做相同運(yùn)動，這樣消除了絲杠檢測過程中由于絲杠7軸向竄動而產(chǎn)生的 測量誤差，使得雙頻激光干涉儀13記錄的是檢測螺母8上的光學(xué)測量鏡9與絲杠7端部的 光學(xué)參考鏡16之間的相對位移，絲杠檢測裝置操作簡易，且采用該絲杠檢測裝置的檢測方 法得到的絲杠7誤差測量結(jié)果可靠性高。
可以理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可于本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，只要其不偏離 本發(fā)明的技術(shù)效果均可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù) 的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種絲杠檢測裝置，用以檢測絲杠的誤差值，該絲杠檢測裝置包括浮動端支座、編碼器、二 V形軸承、檢測螺母、光學(xué)測量鏡、雙頻激光干涉儀及固定端安裝座；所述絲杠承載于二 V形軸承上，并夾置于浮動端支座與固定端安裝座之間；所述檢測螺母套設(shè)于絲杠的外周上，當(dāng)該絲杠作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，所述檢測螺母沿絲杠的軸向作直線運(yùn)動；所述光學(xué)測量鏡固定安裝在檢測螺母上，隨檢測螺母一起移動；所述雙頻激光干涉儀面向所述絲杠的一外端部設(shè)置；其特征在于該絲杠檢測裝置還包括光學(xué)參考鏡及角鏡；所述光學(xué)參考鏡固定安裝于絲杠的外端部上，隨絲杠一起作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；所述角鏡靠近雙頻激光干涉儀設(shè)置，用以將該雙頻激光干涉儀發(fā)出的激光束反射至光學(xué)測量鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的絲杠檢測裝置，其特征在于所述光學(xué)參考鏡垂直于所述絲杠的軸線設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的絲杠檢測裝置，其特征在于所述光學(xué)測量鏡垂直于所述絲杠的軸線設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的絲杠檢測裝置，其特征在于所述雙頻激光干涉儀正對所述光學(xué)參考鏡設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的絲杠檢測裝置，其特征在于所述固定端安裝座包括推力軸承及固定所述推力軸承的推力軸承支座，所述推力軸承卡置于所述絲杠的一軸頸上。
6.一種采用如權(quán)利要求1 一 5中任一項(xiàng)所述的絲杠檢測裝置的檢測方法，其特征在于， 具體步驟包括經(jīng)所述雙頻激光干涉儀射出的激光束分成兩束，其中一束沿著絲杠的軸線方向經(jīng)光學(xué)參考鏡反射后回到雙頻激光干涉儀上；另一束經(jīng)角鏡反射后傳至光學(xué)測量鏡上再沿該路徑返回到雙頻激光干涉儀上。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于通過平行光管光學(xué)調(diào)整法將光學(xué)參考鏡調(diào)整至與絲杠的軸線相垂直的位置。
8.如權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于所述編碼器用以同步記錄絲杠的轉(zhuǎn)角信號。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測方法，其特征在于通過雙頻激光干涉儀的內(nèi)部運(yùn)算處理， 得到光學(xué)測量鏡相對于光學(xué)參考鏡的位移信號。
10.如權(quán)利要求9所述的檢測方法，其特征在于將每一時刻編碼器記錄的轉(zhuǎn)角信號所對應(yīng)的雙頻激光干涉儀記錄的位移信號經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算從而得到檢測螺母關(guān)于絲杠轉(zhuǎn)角的運(yùn)動曲線，進(jìn)而對運(yùn)動曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終得到絲杠的誤差檢測結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種絲杠檢測裝置，用以檢測絲杠的誤差值，該絲杠檢測裝置包括檢測螺母、光學(xué)測量鏡、雙頻激光干涉儀，所述雙頻激光干涉儀面向絲杠的一外端部設(shè)置，所述檢測螺母套設(shè)于絲杠的外周上，當(dāng)該絲杠作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，該檢測螺母沿絲杠的軸向作直線運(yùn)動，所述光學(xué)測量鏡固定安裝在檢測螺母上，隨檢測螺母一起移動該絲杠檢測裝置還包括光學(xué)參考鏡及角鏡，所述光學(xué)參考鏡固定安裝于絲杠的外端部上，隨絲杠一起作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述角鏡靠近雙頻激光干涉儀設(shè)置，用以將其發(fā)出的激光束反射至光學(xué)測量鏡。本發(fā)明的絲杠檢測裝置操作簡易、準(zhǔn)確度高。本發(fā)明還包括一種采用上述絲杠檢測裝置的檢測方法，該檢測方法得到的絲杠誤差測量結(jié)果可靠性高。
文檔編號G01B11/02GK103017661SQ201210312469
公開日2013年4月3日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者唐衛(wèi)國, 姚雪峰, 齊向東, 巴音賀希格, 馮樹龍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所