用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置及檢測方法，包括：設(shè)置于水平工作面上的載物臺、能夠往復(fù)運(yùn)動的自動滑臺、用于分別測量自動滑臺運(yùn)動位置的分體式激光對刀儀和激光干涉儀線性測量組件；所述的分體式激光對刀儀和激光干涉儀線性測量組件用于分別將測得的位置值記錄，并傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù)精度。本發(fā)明所述的用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置及檢測方法，有效的避免了在機(jī)測量中預(yù)行程誤差及測量余弦誤差，以便對分體式激光對刀儀精度的分析和誤差補(bǔ)償。
【專利說明】
用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置及檢測 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及高精度觸發(fā)式測頭重復(fù)精度領(lǐng)域，具體涉及一種用激光干涉儀檢測分 體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著制造技術(shù)與工業(yè)自動控制技術(shù)的發(fā)展，對制造業(yè)的自動化程度和智能 化水平提出了更高的要求。因此，激光自動檢測技術(shù)就成為切削加工行業(yè)和刀具生產(chǎn)行業(yè) 對刀具參數(shù)進(jìn)行檢測的優(yōu)選技術(shù)，從而大大提高了切削加工和刀具生產(chǎn)的自動化、智能化 進(jìn)程，有效解決了產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控問題。
[0003] 激光技術(shù)在切削加工行業(yè)的應(yīng)用研究主要是注重于刀具狀態(tài)的監(jiān)測，比如：刀具 的異常缺失、磨損、破損、折斷、崩刃、選刀錯(cuò)誤，尤其是隨著我國的航空、汽車以及醫(yī)療器械 制造業(yè)的發(fā)展，對相關(guān)零部件的加工精度越來越高，加工零部件過程中的刀具狀態(tài)檢測顯 得尤為重要，刀具狀態(tài)檢測是切削加工行業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
[0004] 激光干涉儀是以光波為載體，以光波波長為單位的一種計(jì)量測量方法，具有測量 精度高、測量速度快、測量范圍大等優(yōu)點(diǎn)。通過與不同光學(xué)組件結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對直線度、垂 直度、角度、平面度、平行度等幾何精度的測量。其工作原理是由激光器發(fā)射單一頻率光束 射入線性干涉鏡，然后分成兩道光束，一道光束作為參考光束射向連接分光鏡的反射鏡，， 而第二道透射光束為測量光束則通過分光鏡射入第二個(gè)反射鏡，這兩道光束再反射回到分 光鏡，重新匯聚之后返回激光器，其中會有一個(gè)探測器檢測兩道光束之間的干涉。若光程差 沒有變化時(shí)，探測器會在相長性和相消性干涉的兩極之間找到穩(wěn)定的信號。若光程差有變 化時(shí)，探測器會在每一次光程變化時(shí)，在相長性和相消性干涉的兩極之間找到變化信號，這 些變化會被計(jì)算并用來測量兩個(gè)光程之間的差異變化，以此實(shí)現(xiàn)對相關(guān)幾何精度的測量。
[0005] 分體式激光對刀儀系統(tǒng)采用穿過機(jī)床加工區(qū)域的激光束來對刀具進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng) 激光發(fā)射器和接收器安裝在機(jī)床床身上或者床身的兩側(cè)，這樣激光束穿過機(jī)床加工區(qū)域， 照射到接收器上。當(dāng)?shù)毒叽┻^激光束時(shí)，照射到接收器上的光束亮度將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生 一個(gè)觸發(fā)信號通過這個(gè)觸發(fā)信號鎖存機(jī)床當(dāng)時(shí)的位置，由此獲得刀具的幾何尺寸。這個(gè)系 統(tǒng)還能夠用來檢測刀具的破損情況。將刀具快速移動到一個(gè)應(yīng)該能截?cái)嗉す馐奈恢茫?果這時(shí)接收器還能接收到激光束，則說明刀具的刀尖已損壞。
[0006] 非接觸式激光刀具檢測系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0007] 1、縮短刀具調(diào)整時(shí)間一一能夠以很高的速度將刀具移動到激光束中，而不會有被 損壞的危險(xiǎn)。
[0008] 2、能夠在正常的主軸轉(zhuǎn)速下對刀具進(jìn)行測量，獲得刀具的跳動和振擺圓錐參數(shù)。
[0009] 3、能夠測量非常小的、精巧的刀具，而不會磨損或損壞刀具。
[0010] 4、能夠以極高的速度檢測刀具的破損情況，檢測循環(huán)時(shí)間短，自動加工可靠性高。
[0011] 5、能夠檢測多齒刀具的每個(gè)刀齒的損壞情況。
[0012] 6、在線刀具調(diào)整功能能夠自動更新刀具偏移誤差，消除操作者操作誤差，同時(shí)還 能夠監(jiān)視機(jī)床主軸的熱變形并對其進(jìn)行補(bǔ)償。
[0013] 分體式激光對刀儀有諸多迷人的優(yōu)點(diǎn)，但以下因素會對其精度造成影響。
[0014] 1、光學(xué)系統(tǒng)一一光學(xué)器件和光圈形狀以及激光束的焦距，對系統(tǒng)沿激光束方向上 不同點(diǎn)位置的測量性能產(chǎn)生影響。
[0015] 2、加工過程中的環(huán)境保護(hù)一一機(jī)床工作的環(huán)境比較差，而激光系統(tǒng)的光學(xué)器件必 須保持清潔，光路不能受到阻礙，才能保證其性能。
[0016] 3、測量過程中的環(huán)境保護(hù)一一由于測量過程中還有冷卻液和顆粒彌漫在空氣中， 所以必須采取保護(hù)措施，防止精度降低。
[0017] 分體式激光對刀儀的測量不確定度主要由三部分誤差組成，即光學(xué)系統(tǒng)對測量精 度的影響，加工過程中的環(huán)境保護(hù)對測量精度的影響和測量過程中的環(huán)境保護(hù)對測量精度 的影響，對分體式激光對刀儀產(chǎn)品精度檢測往往是很難的，目前國內(nèi)的檢測基本為在機(jī)測 量，考慮到在機(jī)檢測所處環(huán)境的復(fù)雜性，對分體式激光對刀儀精度的分析和誤差補(bǔ)償技術(shù) 的研究有待進(jìn)一步地深入。
[0018] 在機(jī)檢測分體式激光對刀儀系統(tǒng)的誤差來源也是多方面的，比如測量預(yù)行程誤 差、測量余弦誤差等，只能通過大量的實(shí)驗(yàn)來測定各種測量參數(shù)對在機(jī)檢測測頭精度的影 響，因此急需一種測量分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置及檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù) 精度的裝置及檢測方法，用于解決現(xiàn)有的分體式激光對刀儀，在機(jī)測量中存在所處環(huán)境的 復(fù)雜性，比如測量預(yù)行程誤差、測量余弦誤差等缺點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
[0020] -種用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置，包括:設(shè)置于水平工 作面上的載物臺、能夠往復(fù)運(yùn)動的自動滑臺、用于分別測量自動滑臺運(yùn)動位置的分體式激 光對刀儀和激光干涉儀線性測量組件;所述的分體式激光對刀儀和激光干涉儀線性測量組 件用于分別將測得的位置值記錄，并傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù) 精度。
[0021] 作為優(yōu)選所述的自動滑臺設(shè)置于載物臺上，所述分體式激光對刀儀的激光發(fā)射端 和激光接受端分別固定在載物臺兩側(cè)的架體上。
[0022] 作為優(yōu)選所述的激光干涉儀線性測量組件包括線性測量組件和移動測量鏡組，所 述的激光干涉儀線性測量組件的線性測量組件設(shè)置于載物臺上，移動測量鏡組設(shè)置于自動 滑臺上。
[0023]作為優(yōu)選所述的處理單元為英特爾X64或X86系列中央處理器。
[0024] 一種檢測方法，包括以下步驟：
[0025] 一自動滑臺在載物臺上往復(fù)運(yùn)動。
[0026] -分體式激光對刀儀測量自動滑臺的位置信息，并記錄。
[0027] -激光干涉儀線性測量組件測量自動滑臺的位置信息，并記錄。
[0028] -分體式激光對刀儀和激光干涉儀線性測量組件不斷將測得的運(yùn)動位置信息傳 輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù)精度。
[0029] 作為優(yōu)選當(dāng)自動滑臺往復(fù)運(yùn)動，分體式激光對刀儀激光發(fā)射端發(fā)射的激光線被遮 擋，分體式激光對刀儀信號觸發(fā)，并記錄位置信號。
[0030] 作為優(yōu)選所述重復(fù)精度的計(jì)算公式為：
[0032] 其中，i = 1，2，3……n，Xbar為平均值;單位為ym;Min為樣本中最小值;Max為樣本中 最大值;2*σ為樣本的2倍標(biāo)準(zhǔn)差;σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差;2σ使用正態(tài)分布95 %置信水平估計(jì)。
[0033 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所述的用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度 的裝置及檢測方法，具有用于分別測量自動滑臺運(yùn)動位置的分體式激光對刀儀和激光干涉 儀線性測量組件;所述的分體式激光對刀儀和激光干涉儀線性測量組件用于分別將測得的 位置值記錄，并傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù)精度，有效的避免了在 機(jī)測量中預(yù)行程誤差及測量余弦誤差，以便對分體式激光對刀儀精度的分析和誤差補(bǔ)償。
【附圖說明】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0035]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是國外產(chǎn)品的測得數(shù)據(jù)圖。
[0037]圖3是國內(nèi)產(chǎn)品的測得數(shù)據(jù)圖。
[0038]其中：1、自動滑臺，2、載物臺，3、分體式激光對刀儀，4、激光干涉儀線性測量組件。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 如圖1所示，一種用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置，包括:設(shè) 置于水平工作面上的載物臺2、能夠往復(fù)運(yùn)動的自動滑臺1、用于分別測量自動滑臺1運(yùn)動位 置的分體式激光對刀儀3和激光干涉儀線性測量組件4;所述的分體式激光對刀儀3和激光 干涉儀線性測量組件4用于分別將測得的位置值記錄，并傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式 激光對刀儀的重復(fù)精度。
[0040] 所述的自動滑臺1設(shè)置于載物臺2上，所述分體式激光對刀儀3的激光發(fā)射端和激 光接受端分別固定在載物臺2兩側(cè)的架體上。
[0041] 所述的激光干涉儀線性測量組件4包括線性測量組件和移動測量鏡組，所述的激 光干涉儀線性測量組件4的線性測量組件設(shè)置于載物臺2上，移動測量鏡組設(shè)置于自動滑臺 1上，即移動端的自動滑臺1上固定反射鏡，固定端的載物臺2上固定分光鏡。
[0042]所述的處理單元為英特爾Χ64或Χ86系列中央處理器，將信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算 機(jī)上有一個(gè)數(shù)據(jù)采集及處理軟件的"上位機(jī)軟件"進(jìn)行處理。
[0043] 本發(fā)明所述的裝置不僅能夠有效地避免預(yù)行程誤差及測量余弦誤差，而且避免了 在機(jī)測量錯(cuò)處復(fù)雜環(huán)境對精度的影響。
[0044] 本發(fā)明裝置特點(diǎn)還在于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，能有效的降低成本，減少實(shí)驗(yàn)人員的 工作量，安裝方便，占用空間小，能夠通過一次測試準(zhǔn)確地對分體式激光對刀儀的精度進(jìn)行 檢測。
[0045] -種檢測方法，包括以下步驟：
[0046] 一自動滑臺1在載物臺2上往復(fù)運(yùn)動。
[0047] -分體式激光對刀儀3測量自動滑臺1的位置信息，并記錄；當(dāng)自動滑臺1往復(fù)運(yùn) 動，分體式激光對刀儀3激光發(fā)射端發(fā)射的激光線被遮擋，分體式激光對刀儀3信號觸發(fā)，并 記錄位置信號。
[0048] -激光干涉儀線性測量組件4測量自動滑臺1的位置信息，并記錄。
[0049] 一分體式激光對刀儀3和激光干涉儀線性測量組件4不斷將測得的運(yùn)動位置信息 傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù)精度。
[0050]所述重復(fù)精度的計(jì)算公式為：
[0052] 其中，i = 1，2，3……n，Xbar為平均值;單位為ym;Min為樣本中最小值;Max為樣本中 最大值;2*σ為樣本的2倍標(biāo)準(zhǔn)差;σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差，它反映了數(shù)據(jù)相對于平均值的離散程度。用 途:估算樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差。2σ使用正態(tài)分布95 %置信水平估計(jì)。
[0053]激光干涉儀反饋為納米級，通過對"上位機(jī)軟件"進(jìn)行設(shè)置，最終顯示的分辨率達(dá) 到納米級，這樣計(jì)算出來的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確及可靠。
[0054]通過以上的檢測方法就能夠測得分體式激光對刀儀的重復(fù)精度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，能有效的降低成本，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作量，安裝方便，占用空間小，能 夠通過測試準(zhǔn)確地對分體式激光對刀儀的重復(fù)精度進(jìn)行檢測。
[0055] 通過在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對國內(nèi)外分體式激光對刀儀產(chǎn)品用以上檢測裝置進(jìn)行檢測所測 得的可靠數(shù)據(jù)。圖2為對國外產(chǎn)品所測得的數(shù)據(jù)，其中：Min = -0.394、Max = 0.556、2*〇 = 0.3722;圖3為對國內(nèi)產(chǎn)品所測得的數(shù)據(jù)，其中阻11 = -0.95、]\&? = 0.748、2*〇 = 0.94589。
[0056] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置，其特征在于包括： 設(shè)置于水平工作面上的載物臺（2)、 能夠往復(fù)運(yùn)動的自動滑臺（1)、 用于分別測量自動滑臺（1)運(yùn)動位置的分體式激光對刀儀(3)和激光干涉儀線性測量 組件(4); 所述的分體式激光對刀儀(3)和激光干涉儀線性測量組件(4)用于分別將測得的位置 值記錄，并傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù)精度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置，其特 征在于： 所述的自動滑臺（1)設(shè)置于載物臺（2)上，所述分體式激光對刀儀(3)的激光發(fā)射端和 激光接受端分別固定在載物臺（2)兩側(cè)的架體上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置，其 特征在于： 所述的激光干涉儀線性測量組件(4)包括線性測量組件和移動測量鏡組，所述的激光 干涉儀線性測量組件(4)的線性測量組件設(shè)置于載物臺（2)上，移動測量鏡組設(shè)置于自動滑 臺（1)上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用激光干涉儀檢測分體式激光對刀儀重復(fù)精度的裝置，其 特征在于： 所述的處理單元為英特爾X64或X86系列中央處理器。5. -種檢測方法，其特征在于包括以下步驟： 一自動滑臺（1)在載物臺（2)上往復(fù)運(yùn)動； 一分體式激光對刀儀(3)測量自動滑臺（1)的位置信息，并記錄； 一激光干涉儀線性測量組件(4)測量自動滑臺（1)的位置信息，并記錄； 一分體式激光對刀儀(3)和激光干涉儀線性測量組件(4)不斷將測得的運(yùn)動位置信息 傳輸給處理單元，計(jì)算得出分體式激光對刀儀的重復(fù)精度。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測方法，其特征在于： 當(dāng)自動滑臺（1)往復(fù)運(yùn)動，分體式激光對刀儀(3)激光發(fā)射端發(fā)射的激光線被遮擋，分 體式激光對刀儀(3)信號觸發(fā)，并記錄位置信號。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的檢測方法，其特征在于： 所述重復(fù)精度的計(jì)算公式為： σ2= Σ (Xi-Xbar)Vn (1) 其中，i = 1，2，3……n，Xbar為平均值;單位為ym;Min為樣本中最小值;Max為樣本中最大 值;2*σ為樣本的2倍標(biāo)準(zhǔn)差;σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差;2σ使用正態(tài)分布95 %置信水平估計(jì)。
【文檔編號】G01B11/00GK105865343SQ201610403636
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王慶朋, 郝天陽, 隋繼平, 張繼德, 宋振偉, 李俊
【申請人】科德數(shù)控股份有限公司