一種基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其實施步驟如下：將被測工件安裝在機床上，將掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床的運動機構(gòu)上；在選定行程的起始位置開始，控制運動機構(gòu)帶動掃描測頭限幅移動，每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺驅(qū)動掃描測頭進行微位移，采集微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，直至完成被測工件選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集，采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果。本發(fā)明具有測量精度高、掃描范圍大、量程大、測量方便快捷、可抑制環(huán)境低頻振動影響和消除測頭調(diào)零誤差、間距誤差、特性差異和熱漂移等影響的優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，主要應(yīng)用于精密、超精密工件表面的直線度、平面度、超精密光學(xué)表面甚至光學(xué)自由曲面面形的測量，同時也可以檢測運動平臺的直線度誤差。

【背景技術(shù)】
[0002]在精密、超精密加工中，為了測量導(dǎo)軌的直線度運動誤差、被加工件表面的直線度輪廓、平面度和面形精度等，常常采用掃描測量方法，這種方法將位移測頭(常用非接觸傳感器如電容或電渦流等)或角度檢測儀(如自準(zhǔn)直儀等)安裝在移動平臺上，沿被測表面作直線運動，或者將傳感器固定，被測件隨平臺一起運動。當(dāng)被測表面輪廓誤差與溜板的直線運動誤差處于同一量級時，需要采用誤差分離的方法以重構(gòu)被測表面的直線度輪廓(或者求得溜板的直線運動誤差)，進而測量整個被測表面的平面度和面形誤差等。
[0003]目前誤差分離方法一般包括多測頭和單測頭方法。但是，采用多測頭掃描測量時，會存在如下問題:1.各測頭的調(diào)零誤差會引入拋物形的累積誤差，掃描尺寸越大則影響越顯著，而調(diào)零誤差又很難高精度標(biāo)定；2.多個測頭之間的間距受到安裝孔距、孔徑、測頭外徑精度以及夾緊力等的影響會偏離理想位置，并且實際的間距也難以高精度測量，這種測頭間距誤差同樣會影響被測表面輪廓的重構(gòu)精度，掃描大尺寸零件或高橫向分辨率測量時，這種誤差影響會很大；3.不同測頭之間的特性差異，也會導(dǎo)致重構(gòu)誤差。此外，現(xiàn)有技術(shù)的單測頭掃描誤差分離方法主要有翻轉(zhuǎn)法和錯位法，但是，翻轉(zhuǎn)法需要將被測表面翻轉(zhuǎn)180°進行再次掃描測量；錯位法則需要將被測表面沿掃描方向錯開一個位置進行再次掃描測量。在實際測量中，被測工件有時候很難進行翻轉(zhuǎn)或者錯位移動，因此這兩種方法均難以實施；并且由于需要至少兩次掃描，溜板的重復(fù)精度也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。另外，被測表面與測頭之間的相對振動，以及當(dāng)測量時間較長時，測頭的熱漂移等都會給測量帶來較大的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，提供一種測量精度高、掃描范圍大、量程大、測量方便快捷、可抑制環(huán)境低頻振動影響和消除測頭調(diào)零誤差、間距誤差、特性差異和熱漂移等影響的基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其實施步驟如下:
1)將被測工件安裝在機床上，將單個直線度測量用的掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動；
2)在所述被測工件上選定行程的起始位置開始，控制所述機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，且每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，采集所述掃描測頭在當(dāng)前檢測位置進行微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，直至完成所述選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果。
[0006]優(yōu)選地，所述步驟I)中微位移結(jié)構(gòu)的微位移行程為數(shù)十微米到毫米級。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟I)中具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺包括微位移導(dǎo)軌、微動工作臺
(2)和微位移驅(qū)動器，所述微位移導(dǎo)軌、微動工作臺之間設(shè)有用于檢測微位移導(dǎo)軌和微動工作臺之間位置的位移傳感器，所述掃描測頭安裝于微動工作臺上，所述微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移具體是指通過微位移驅(qū)動器驅(qū)動微動工作臺進行微位移，使得所述微動工作臺上的掃描測頭作直線位移。
[0008]優(yōu)選地，所述微位移導(dǎo)軌I為柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)、氣浮導(dǎo)軌、液浮導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌或滾動導(dǎo)軌。
[0009]優(yōu)選地，所述掃描測頭為用于采集相對被測工件距離檢測數(shù)據(jù)的非接觸式傳感器或接觸式傳感器。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟2)的詳細步驟如下:
2.1)在所述被測工件上選定行程的起始位置開始，控制所述機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，當(dāng)移動到一個檢測位置則執(zhí)行下一步；
2.2)通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，所述微位移的運動方向與機床的運動機構(gòu)帶動剪切平臺及掃描測頭移動的方向相同或者相反，分別采集所述掃描測頭在微位移行程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前檢測位置的兩個或更多距離檢測數(shù)據(jù)；
2.3)檢測所述選定行程上所有檢測位置是否已經(jīng)檢測完畢，如果尚未完畢，則控制所述機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動到下一個檢測位置，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2.2)，否則判定已完成所述選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；
2.4)采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法依次對各個檢測位置的兩個距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離，得到誤差分離后的直線度測量結(jié)果。
[0011]本發(fā)明基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法具有下述優(yōu)點:
1、本發(fā)明將被測工件安裝在機床上，將單個直線度測量用的掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動，控制機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，且每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，在微位移過程中采集掃描測頭在當(dāng)前檢測位置進行微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)相當(dāng)于多掃描測頭“同時”測量，從而可以采用現(xiàn)有技術(shù)的誤差分離算法一次掃描即可分離直線度誤差，剪切平臺子區(qū)間的快速掃描可以有效避免低于掃描頻率的環(huán)境振動產(chǎn)生的影響以及掃描測頭長時間工作時的熱漂移影響，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)多掃描測頭測量方法所存在的缺陷，具有測量精度高、掃描范圍大、能夠消除調(diào)零誤差影響的優(yōu)點。
[0012]2、本發(fā)明將被測工件安裝在機床上，將單個直線度測量用的掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動，后續(xù)則基于單個直線度測量用的掃描測頭的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)超精密直線度測量，相對于現(xiàn)有多測頭掃描測量方法而言，單個掃描測頭在剪切平臺的微位移子區(qū)間的橫向位移(相當(dāng)于多掃描測頭測量方法的“測頭間距”)可以實時精確檢測，能有效避免測頭間距誤差對重構(gòu)精度的影響，而且可以根據(jù)被測表面的特性，實時調(diào)整位置的位置來改變“測頭間距”，而且采用單測頭可避免測頭性能差異等對測量精度的影響，具有不存在測頭間距誤差、不存在掃描測頭間的特性差異的優(yōu)點。
[0013]3、本發(fā)明將被測工件安裝在機床上，將單個直線度測量用的掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動，后續(xù)則基于單個直線度測量用的掃描測頭的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)超精密直線度測量，相對于現(xiàn)有多測頭掃描測量方法而言，無需翻轉(zhuǎn)工件或者是使工件錯位，在選定行程的起始位置開始控制機床的運動機構(gòu)帶動剪切平臺及掃描測頭以指定的幅度進行移動，且每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺驅(qū)動掃描測頭進行微位移，完成被測工件上選定行程的一次掃描即可分離直線度誤差，因此具有測量方便快捷的優(yōu)點。
[0014]4、本發(fā)明在獲得各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)后，基于差分原理采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果，能夠突破傳感器量程的限制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)大矢高超精密自由曲面的測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例一的基本流程示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例一中剪切平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例一步驟2)的流程示意圖。
[0018]圖4為應(yīng)用本發(fā)明實施例一的機床的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5為應(yīng)用本發(fā)明實施例一的機床上掃描測頭的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為應(yīng)用本發(fā)明實施例二的機床結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖例說明:1、微位移導(dǎo)軌；2、微動工作臺；3、微位移驅(qū)動器；4、機床本體；41、X軸方向運動機構(gòu)；42、Y軸方向運動機構(gòu)；43、Ζ軸方向運動機構(gòu)；5、剪切平臺；6、掃描測頭；7、被測工件；8、主軸。

【具體實施方式】
[0022]實施例一:
如圖1所示，本實施例基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法的實施步驟如下:
I)將被測工件安裝在機床上，將單個直線度測量用的掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動。對于剪切平臺、被測工件而言，其大范圍的直線掃描運動通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動實現(xiàn)，可以由工件作直線運動或者剪切平臺作直線運動，其行程根據(jù)被測表面的要求而定，一般數(shù)十毫米或數(shù)百毫米，甚至更大；與此同時，由于掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，剪切平臺具有微位移結(jié)構(gòu)，因此能夠使得剪切平臺、被測工件之間實現(xiàn)小范圍子區(qū)間直線運動(微位移)，從而通過微位移的不同位置來實現(xiàn)模擬多掃描測頭，剪切平臺要求其在垂直于運動方向(掃描測頭敏感方向)具有高重復(fù)精度。
[0023]本實施例中，步驟I中微位移結(jié)構(gòu)的微位移行程為數(shù)十微米到毫米級；掃描測頭可以根據(jù)需要采用非接觸式傳感器或接觸式傳感器。
[0024]如圖2所示，步驟I)中具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺5包括微位移導(dǎo)軌1、微動工作臺2和微位移驅(qū)動器3，微位移導(dǎo)軌1、微動工作臺2之間設(shè)有用于檢測微位移導(dǎo)軌I和微動工作臺2之間位置的位移傳感器(如光柵尺或者其它非接觸式傳感器)，掃描測頭安裝于微動工作臺2上，微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移具體是指通過微位移驅(qū)動器3驅(qū)動微動工作臺2進行微位移，使得微動工作臺2上的掃描測頭作直線位移。其中，微位移驅(qū)動器3可以采用壓電陶瓷或者音圈電機等實現(xiàn)。由于掃描測頭在微位移驅(qū)動器3控制下做高速子區(qū)間運動(微位移)，因此剪切平臺在掃描方向的每個位置停留時間相當(dāng)短暫，從而可以快速完成直線度輪廓的掃描測量。一般來說，柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)具有極高的甚至亞埃級的重復(fù)精度，因此本實施例中微位移導(dǎo)軌I為柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，此外微位移導(dǎo)軌I也可以根據(jù)需要采用氣浮導(dǎo)軌、液浮導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌或滾動導(dǎo)軌。
[0025]2)在被測工件上選定行程的起始位置開始，控制機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，且每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，采集掃描測頭在當(dāng)前檢測位置進行微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，直至完成選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果。
[0026]如圖3所示，步驟2)的詳細步驟如下:
2.1)在被測工件上選定行程的起始位置開始，控制機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，當(dāng)移動到一個檢測位置則執(zhí)行下一步；
2.2)通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，微位移的運動方向與機床的運動機構(gòu)帶動剪切平臺及掃描測頭移動的方向相同或者相反，分別采集掃描測頭在微位移行程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前檢測位置的兩個或更多距離檢測數(shù)據(jù)；
2.3)檢測選定行程上所有檢測位置是否已經(jīng)檢測完畢，如果尚未完畢，則控制機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動到下一個檢測位置，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2.2)，否則判定已完成選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；
2.4)采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法依次對各個檢測位置的兩個距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離，得到誤差分離后的直線度測量結(jié)果。
[0027]目前常用的誤差分離算法包括兩點法和多點法，兩點法有經(jīng)典的逐次兩點法，多點法包括采用利用頻域法進行差分測量的精確重構(gòu)方法(參見中國專利申請?zhí)?3124600.2)、利用時域法進行差分測量的精確重構(gòu)方法(參見中國專利申請?zhí)?3124599.4)、基于多傳感器掃描的超精密測量方法(參見中國專利申請?zhí)?01310445029.6)等三點法以及采用更多點的誤差分離算法。需要說明的是，微位移的行程、掃描測頭在微位移行程中采集距離檢測數(shù)據(jù)的位置點和所采用的預(yù)設(shè)誤差分離算法相關(guān)。例如:對于逐次兩點法而言，微位移的行程與控制機床的運動機構(gòu)帶動剪切平臺及掃描測頭以指定的幅度進行移動的移動距離相同(等于橫向分辨率)，掃描測頭在微位移行程中采集距離檢測數(shù)據(jù)的位置點分別為微位移行程首尾共2個位置點；對于采用利用頻域法進行差分測量的精確重構(gòu)方法或利用時域法進行差分測量的精確重構(gòu)方法而言，微位移的行程為兩個預(yù)設(shè)剪切量的長度之和，掃描測頭在微位移行程中采集距離檢測數(shù)據(jù)的位置點包括微位移行程首尾兩個位置點、離首點距離等于其中一個剪切量的位置點共3個位置點；對于采用基于多傳感器掃描的超精密測量方法而言，微位移的行程為兩個預(yù)設(shè)剪切量的中較小剪切量的兩倍或以上，且在相隔距離等于橫向分辨率的每個位置點采集距離檢測數(shù)據(jù)。
[0028]本實施例可用于超精密加工機床的在位測量，也可用于專門的測量儀器；在進行在位測量時，根據(jù)機床的不同結(jié)構(gòu)，可以針對被測工件采用立式測量或臥式測量方案。
[0029]如圖4和圖5所示，本實施例應(yīng)用的機床為立式結(jié)構(gòu)的光學(xué)零件拋光機床，光學(xué)零件拋光機床具有XYZ三軸運動功能，包括機床本體4，機床本體4上設(shè)有X軸方向運動機構(gòu)41和Y軸方向運動機構(gòu)42，Y軸方向運動機構(gòu)42上設(shè)有Z軸方向運動機構(gòu)43，X軸方向運動機構(gòu)41上進一步帶有C軸轉(zhuǎn)臺，掃描測頭6通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺5則安裝在Z軸方向運動機構(gòu)43上。通過X軸方向運動機構(gòu)41、Y軸方向運動機構(gòu)42、Ζ軸方向運動機構(gòu)43可以調(diào)節(jié)掃描測頭6的位置，通過Y軸方向運動機構(gòu)42隨Y軸一起作水平移動以實現(xiàn)對被測工件7的線輪廓掃描，隨Z軸方向運動機構(gòu)43垂直移動以適應(yīng)不同厚度被測工件7的測量，并能在測量過程中擴大測量的量程，隨X軸方向運動機構(gòu)41移動或C軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動以完成整個工件表面的掃描。在本實施例基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量時，剪切平臺5與掃描測頭6 —起被Y軸方向運動機構(gòu)42驅(qū)動沿Y軸作水平掃描運動，Y軸的位移通過相應(yīng)位移傳感器(比如光柵尺等)進行實時檢測，位移信息反饋給控制器(計算機)，由控制器根據(jù)橫向測量分辨率以及誤差分離算法的要求，每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，采集掃描測頭在當(dāng)前檢測位置進行微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，直至完成選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果。本實施例能夠根據(jù)不同誤差分離算法的要求，每當(dāng)大范圍直線掃描運動到達確定的檢測位置時，剪切平臺上的測頭作相應(yīng)的子區(qū)間小范圍高速直線運動(進行微位移)，由于剪切平臺具有極高的重復(fù)精度，在子區(qū)間高速移動時，相當(dāng)于多測頭“同時”掃描測量，因此，與多測頭掃描測量一樣，溜板的直線運動誤差以及測頭的“調(diào)零”誤差(即剪切平臺微位移結(jié)構(gòu)在垂直于掃描運動方向的測頭敏感方向存在的位置誤差)等均會影響到被測表面直線度輪廓的測量，需要通過相應(yīng)的誤差分離算法以消除籃板直線運動誤差和“調(diào)零”誤差的影響。
[0030]需要說明的是，本實施例為基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，在本實施例的基礎(chǔ)上，通過機床調(diào)節(jié)在掃描完一條直線度輪廓后，再沿X軸移動或繞C軸轉(zhuǎn)動工件以完成下一條直線度輪廓的掃描測量，這樣直到完成被測工件7整個被測表面的掃描，即可測量出被測工件7整個被測表面的三維形貌。
[0031]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，其不同點為步驟I)所使用的機床結(jié)構(gòu)不同。
[0032]如圖6所示，本實施例應(yīng)用的機床為臥式結(jié)構(gòu)的帶有C軸功能的金剛石車床，帶有C軸功能的金剛石車床具有XZ兩軸運動功能，包括機床本體4，機床本體4上設(shè)有X軸方向運動機構(gòu)41和Z軸方向運動機構(gòu)43，Χ軸方向運動機構(gòu)41上設(shè)有可轉(zhuǎn)動的主軸8 (C軸)，被測工件7安裝在主軸8上，掃描測頭6通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺5則安裝在Z軸方向運動機構(gòu)43上。剪切平臺5安裝在Z軸方向運動機構(gòu)43上(金剛石刀具安裝位置)，隨Z軸水平移動以適應(yīng)不同厚度工件的測量，并能在測量過程中擴大測量的量程。臥式結(jié)構(gòu)的帶有C軸功能的金剛石車床與實施例一的立式結(jié)構(gòu)的光學(xué)零件拋光機床的工作原理相同，在本實施例基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量時，被測工件7被X軸方向運動機構(gòu)41驅(qū)動沿X軸作水平掃描運動或者被主軸8驅(qū)動轉(zhuǎn)動，水平掃描運動和轉(zhuǎn)動位移通過相應(yīng)位移傳感器(比如光柵尺等)進行實時檢測，位移信息反饋給控制器(計算機)，由控制器根據(jù)橫向測量分辨率以及誤差分離算法的要求，每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，采集掃描測頭在當(dāng)前檢測位置進行微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，直至完成選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其特征在于實施步驟如下: 1)將被測工件安裝在機床上，將單個直線度測量用的掃描測頭通過具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺安裝在機床上，通過機床的運動機構(gòu)驅(qū)動被測工件或者剪切平臺實現(xiàn)剪切平臺、被測工件之間的相對運動； 2)在所述被測工件上選定行程的起始位置開始，控制所述機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，且每移動到一個檢測位置則通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，采集所述掃描測頭在當(dāng)前檢測位置進行微位移過程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，直至完成所述選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集；采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法將各個檢測位置采集的距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離得到直線度測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其特征在于:所述步驟1)中微位移結(jié)構(gòu)的微位移行程為數(shù)十微米到毫米級。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其特征在于:所述步驟1)中具有微位移結(jié)構(gòu)的剪切平臺包括微位移導(dǎo)軌(1)、微動工作臺(2)和微位移驅(qū)動器(3)，所述微位移導(dǎo)軌(1)、微動工作臺(2)之間設(shè)有用于檢測微位移導(dǎo)軌(1)和微動工作臺(2)之間位置的位移傳感器，所述掃描測頭安裝于微動工作臺(2)上，所述微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移具體是指通過微位移驅(qū)動器(3)驅(qū)動微動工作臺(2)進行微位移，使得所述微動工作臺(2)上的掃描測頭作直線位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其特征在于:所述微位移導(dǎo)軌(1)為柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)、氣浮導(dǎo)軌、液浮導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌或滾動導(dǎo)軌。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其特征在于:所述掃描測頭為用于采集相對被測工件距離檢測數(shù)據(jù)的非接觸式傳感器或接觸式傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項所述的基于單測頭誤差分離的超精密直線度測量方法，其特征在于，所述步驟2)的詳細步驟如下: . 2.1)在所述被測工件上選定行程的起始位置開始，控制所述機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動，當(dāng)移動到一個檢測位置則執(zhí)行下一步； .2.2)通過剪切平臺的微位移結(jié)構(gòu)驅(qū)動掃描測頭進行微位移，所述微位移的運動方向與機床的運動機構(gòu)帶動剪切平臺及掃描測頭移動的方向相同或者相反，分別采集所述掃描測頭在微位移行程中至少兩個位置的距離檢測數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前檢測位置的兩個或更多距離檢測數(shù)據(jù)； .2.3)檢測所述選定行程上所有檢測位置是否已經(jīng)檢測完畢，如果尚未完畢，則控制所述機床的運動機構(gòu)驅(qū)動剪切平臺、被測工件之間以指定的幅度相對移動到下一個檢測位置，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2.2)，否則判定已完成所述選定行程上所有檢測位置的數(shù)據(jù)采集； . 2.4)采用預(yù)設(shè)的誤差分離算法依次對各個檢測位置的兩個距離檢測數(shù)據(jù)進行誤差分離，得到誤差分離后的直線度測量結(jié)果。
【文檔編號】G01B21/24GK104296716SQ201410533360
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】尹自強, 李圣怡, 陳善勇, 陳涵, 田富竟 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)