CN102798360A - 激光准直系统中光束漂移补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为激光准直系统中光束漂移补偿装置，解决已有准直系统中测量精度不高的问题。激光器（1）发出的激光经析光镜（4）分为二束，透射部分射向光电探测器（6），由析光镜（4）反射的激光在析光镜（5）再次分束，分别射向光电探测器（7）和（8），光电探测器（6）、（7）和（8）与计算机（10）相连。测量时将组合件（A）固定，组合件（B）置于被测物上（如机床工作台），当被测物沿Z方向移动时，光电探测器（6）得到其相对于激光束在X和Y方向的位移量，此位移量减去该时刻在该点的漂移量即被测物在X和Y方向的直线度。漂移量由光电探测器（7）和（8）的接收信号经计算机（10）计算得到。

Description

激光准直系统中光束漂移补偿装置
技术领域：
本发明与激光准直系统中补偿光束漂移的方法有关。尤其与机械行业的直线度测量方法有关。
背景技术：
准直技术是机械行业中测量导轨直线度的重要方法。由于激光具有指向性好，能量集中等优点，通常作为准直系统光源，但是激光器在工作过程中由于管壁蠕动会造成输出光束漂移，这种漂移破坏了准直系统的基准，是提高准直测量技术精度的瓶颈。
激光束的漂移可以表现为角飘和平飘，图1为角飘的情况，激光器1输出光束2与激光器毛细管轴线的夹角θ(t)是随机变化的；图2为平飘的情况，激光器1输出光束3平行于激光器毛细管轴线，但是光束的位置是不断平移的，如图中的δ(t)。
在准直系统中这种光束漂移破坏了基准唯一性，使系统的测量精度难以提高。
发明内容：
    本发明的目的是提供一种直线度测量精度高的激光准直系统中光束漂移补偿装置。
本发明是这样实现的：
本发明激光准直系统中光束漂移补偿装置，激光器1发出的激光经第一析光镜4分为二束，透射部分射向第一光电探测器6，第一光电探测器6为一个组合件B，由第一析光镜4反射的光在第二析光镜5再次分束，分别射向第二和第三光电探测器7和8，激光器1、第一析光镜4、第二析光镜5、第二和第三光电探测器7和8构成一个组合件A，第一、二、三光电探测器6、7、8与计算机10相连， L0为激光器输出端到第一析光镜4的距离，L1为第一析光镜4与第二析光镜5之间的距离，L2为第二析光镜5与第二光电探测器7之间的距离，L3为第二析光镜5到第三光电探测器8的距离，L4为第一析光镜4与第一光电探测器6之间的距离，L4是一个变量，是测量时组合件B的移动距离，
测量时将组合件A固定，组合件B置于被测物上，当被测物沿Z方向移动时，第一光电探测器6得到其接收的激光束在X和Y方向的位移，此位移量与下述的补偿量在计算机10中相减即被测物在X和Y方向的直线度，
激光束的补偿量是由第二、三光电探测器7和8的接收信号计算得到的：
令ΔY（t）和ΔX（t）是t时刻激光束沿Y和X轴在第一光电探测器6处的漂移量，此量即为该时刻激光束在Y和X方向漂移的补偿值，ΔY7（t）、ΔY8（t）和ΔX7（t）、ΔX8（t）为光电探测器7和8接收的激光束在Y和X方向的漂移量，θ（y、t）、δ（y、t）和θ（x、t）、δ（x、t）分别为激光束在该时刻沿Y和X方向的角飘和平飘，计算得：
Figure 665431DEST_PATH_IMAGE001
Figure 820338DEST_PATH_IMAGE002
Figure 628074DEST_PATH_IMAGE004
Figure 430945DEST_PATH_IMAGE005
Figure 569802DEST_PATH_IMAGE006
在计算机10中，将第一光电探测器6实际测量值与ΔY（t）和ΔX（t）相减，得到消除了漂移的直线度。
或者激光器1发出的激光经析光镜4分为二束，反射部分投向第二光电探测器7，透射部分射向第二析光镜5，激光束在第二析光镜5又分为二束，一束反射到第一光电探测器6，另一束投射到第三光电探测器8，组合件C包括激光器1、第一析光镜4和第二光电探测器7，组合件E包括第三光电探测器8，第二析光镜5和第一光电探测器6构成组合件D，L5为激光器输出端到第一析光镜4的距离，L8为第一析光镜4与第三光电探测器8之间的距离，L6为第一析光镜4到第二光电探测器7的距离，L7为第一析光镜4与第二析光镜5之间的距离，是测量时组合件D的移动距离，
测量时组合件C和E安装于固定位置，组合件D置于被测物上，当被测物沿Z方向移动时，第一光电探测器6得到其相对于激光束在X和Y方向的位移，此位移量与下述的补偿量在计算机10中相减即被测物在X和Y方向的直线度，
激光束的补偿量是由第二、三光电探测器7和8的接收信号计算得到的：
令ΔYt和ΔXt是激光束在t时刻沿Y和X轴第一光电探测器6处的漂移量，此量即为该时刻激光束在Y和X方向漂移的补偿值，ΔY7（t）、ΔY8（t）和ΔX7（t）、ΔX8（t）为第二、三光电探测器7和8接收的激光束在Y和X方向的漂移量，θ（y、t）、δ（y、t）和θ（x、t）、δ（x、t）分别为激光束在该时刻沿Y和X方向的角飘和平飘，计算得：
Figure 153230DEST_PATH_IMAGE007
Figure 589897DEST_PATH_IMAGE008
Figure 575170DEST_PATH_IMAGE009
Figure 884929DEST_PATH_IMAGE010
Figure 946743DEST_PATH_IMAGE012
在计算机10中，将第一光电探测器6实际测量值与ΔY（t）和ΔX（t）相减，得到消除了漂移的直线度。
上述的激光器1为He—Ne激光器或半导体激光器。
本发明在通常的激光准直系统中，增加了二个光电探测器7和8，根据接收信号，计算出即时的漂移量，在计算机10中实现漂移量的补偿，使机械行业的直线度测量精度得以提高。
附图说明：
图1为激光束的角飘情况。
图2为激光束的平飘情况。
图3为本发明的一种装置简图。
图4为本发明的另一种装置简图。
具体实施方式：
实施例1：一种激光准直系统光束漂移补偿装置（图3）
激光器1发出的激光经析光镜4分为二束，透射部分射向光电探测器6，光电探测器6为一个组合件B，如图中虚线框所示。由析光镜4反射的激光在析光镜5再次分束，分别射向光电探测器7和8。激光器1、析光镜4、析光镜5、光电探测器7和8构成一个组合件A，如图中虚线框所示。光电探测器6、7和8与计算机10相连，L0为激光器输出端到析光镜4的距离，L1为析光镜4与析光镜5之间的距离，L2为析光镜5与光电探测器7之间的距离，L3为析光镜5到光电探测器8的距离，L4为析光镜4与光电探测器6之间的距离，L4是一个变量，是测量时组合件B的移动距离。
测量时将组合件A固定，组合件B置于被测物上（如机床工作台），当被测物沿Z方向移动时，光电探测器6得到其相对于激光束在X和Y方向的位移，此位移量与下述的补偿量在计算机10中相减即被测物在X和Y方向的直线度。
激光束的补偿量是由光电探测器7和8的接收信号计算得到的：
令ΔY（t）和ΔX（t）是t时刻激光束沿Y和X轴在光电探测器6处的漂移量，此量即为该时刻激光束在Y和X方向漂移的补偿值，ΔY7（t）、ΔY8和ΔX7（t）、ΔX8（t）为光电探测器7和8接收的激光束在Y和X方向的漂移量，θ（y、t）、δ（y、t）和θ（x、t）、δ（x、t）分别为激光束在该时刻沿Y和X方向的角飘和平飘，计算得：
Figure 786523DEST_PATH_IMAGE001
Figure 746574DEST_PATH_IMAGE003
Figure 603672DEST_PATH_IMAGE004
Figure 297959DEST_PATH_IMAGE005
Figure 887203DEST_PATH_IMAGE006
在计算机10中，将光电探测器6实际测量值与ΔY（t）和ΔX（t）相减，得到消除了漂移的直线度，实现了激光束漂移的补偿。
利用上述装置的测量处理步骤时这样的：
①将组合件A安装于固定位置，组合件B置于被测的机床工作台上； 
②控制机床工作台移动，计算机10采集光电探测器6、7和8的输出数据；
③计算机10根据光电探测器7和8的接收信号按照式（3）和式（6）计算出补偿量ΔY（t）和ΔX（t），并与光电探测器6的接收信号相减，得到补偿后的直线度。
实施例2：另一种激光准直系统光束漂移补偿装置（图4）
激光器1发出的激光经析光镜4分为二束，反射部分投向光电探测器7，透射部分射向析光镜5，激光束在析光镜5又分为二束，一束反射到光电探测器6，另一束投射到光电探测器8，虚线所示的组合件C包括激光器1、析光镜4和光电探测器7，组合件E包括光电探测器8，析光镜5和光电探测器6构成组合件D。L5为激光器输出端到析光镜4的距离，L8为析光镜4与光电探测器8之间的距离，L6为析光镜4到光电探测器7的距离，L7为析光镜4与析光镜5之间的距离，是测量时组合件D的移动距离。
测量时组合件C和E安装于固定位置，排列如图示。组合件D置于被测物上（如机床工作台），当被测物沿Z方向移动时，光电探测器6得到其相对于激光束在X和Y方向的位移，此位移量与下述的补偿量在计算机10中相减即被测物在X和Y方向的直线度。
激光束的补偿量是由光电探测器7和8的接收信号计算得到的：
令ΔY（t）和ΔX（t）是激光束在t时刻沿Y和X轴光电探测器6处的漂移量，此量即为该时刻激光束在Y和X方向漂移的补偿值，ΔY7（t）、ΔY8（t）和ΔX7（t）、ΔX8（t）为光电探测器7和8接收的激光束在Y和X方向的漂移量，θ（y、t）、δ（y、t）和θ（x、t）、δ（x、t）分别为激光束在该时刻沿Y和X方向的角飘和平飘，计算得：
Figure 932519DEST_PATH_IMAGE007
Figure 327729DEST_PATH_IMAGE008
Figure 63472DEST_PATH_IMAGE009
Figure 151514DEST_PATH_IMAGE010
Figure 418547DEST_PATH_IMAGE011
Figure 617447DEST_PATH_IMAGE012
在计算机10中，将光电探测器6实际测量值与ΔY（t）和ΔX（t）相减，得到消除了漂移的直线度，实现了激光束漂移的补偿。
利用上述装置的测量和处理步骤时这样的：
①将组合件C和E安装于固定位置，排列如图示。组合件D置于机床工作台上； 
②控制机床工作台移动，计算机10采集光电探测器6、7和8的输出数据；
③计算机10根据光电探测器7和8的接收信号按照式（9）和式（12）计算出补偿量ΔY（t）和ΔX（t），并与光电探测器6的接收信号相减，得到补偿后的直线度。
光电探测器为日本滨松S1880。

Claims (3)

1.激光准直系统中光束漂移补偿装置，其特征在于激光器（1）发出的激光经第一析光镜（4）分为二束，透射部分射向第一光电探测器（6），第一光电探测器（6）为一个组合件（B），由第一析光镜（4）反射的光在第二析光镜（5）再次分束，分别射向第二和第三光电探测器（7）和（8），激光器（1）、第一析光镜（4）、第二析光镜（5）、第二和第三光电探测器（7）和（8）构成一个组合件（A），第一、二、三光电探测器（6）、（7）、(8)与计算机（10）相连， L0为激光器输出端到第一析光镜（4）的距离，L1为第一析光镜4与第二析光镜（5）之间的距离，L2为第二析光镜（5）与第二光电探测器（7）之间的距离，L3为第二析光镜（5）到第三光电探测器（8）的距离，L4为第一析光镜（4）与第一光电探测器（6）之间的距离，L4是一个变量，是测量时组合件（B）的移动距离，
测量时将组合件（A）固定，组合件（B）置于被测物上，当被测物沿Z方向移动时，第一光电探测器（6）得到其接收的激光束在X和Y方向的位移，此位移量与下述的补偿量在计算机（10）中相减即被测物在X和Y方向的直线度，
激光束的补偿量是由第二、三光电探测器（7）和（8）的接收信号计算得到的：
令ΔY（t）和ΔX（t）是t时刻激光束沿Y和X轴在第一光电探测器（6）处的漂移量，此量即为该时刻激光束在Y和X方向漂移的补偿值，ΔY7（t）、ΔY8（t）和ΔX7（t）、ΔX8（t）为光电探测器（7）和（8）接收的激光束在Y和X方向的漂移量，θ（y、t）、δ（y、t）和θ（x、t）、δ（x、t）分别为激光束在该时刻沿Y和X方向的角飘和平飘，计算得：
Figure 2012102598881100001DEST_PATH_IMAGE001
在计算机（10）中，将第一光电探测器（6）实际测量值与ΔY（t）和ΔX（t）相减，得到消除了漂移的直线度。
2.激光准直系统中光束漂移补偿装置，其特征在于激光器（1）发出的激光经析光镜（4）分为二束，反射部分投向第二光电探测器（7），透射部分射向第二析光镜（5），激光束在第二析光镜（5）又分为二束，一束反射到第一光电探测器（6），另一束投射到第三光电探测器（8），组合件（C）包括激光器（1）、第一析光镜（4）和第二光电探测器（7），组合件（E）包括第三光电探测器（8），第二析光镜（5）和第一光电探测器（6）构成组合件（D），L5为激光器输出端到第一析光镜（4）的距离，L8为第一析光镜（4）与第三光电探测器（8）之间的距离，L6为第一析光镜（4）到第二光电探测器（7）的距离，L7为第一析光镜（4）与第二析光镜（5）之间的距离，是测量时组合件（D）的移动距离，
测量时组合件（C）和（E）安装于固定位置，组合件（D）置于被测物上，当被测物沿Z方向移动时，第一光电探测器（6）得到其相对于激光束在X和Y方向的位移，此位移量与下述的补偿量在计算机（10）中相减即被测物在X和Y方向的直线度，
激光束的补偿量是由第二、三光电探测器（7）和（8）的接收信号计算得到的：
令ΔY（t）和ΔX（t）是激光束在t时刻沿Y和X轴第一光电探测器（6）处的漂移量，此量即为该时刻激光束在Y和X方向漂移的补偿值，ΔY7（t）、ΔY8（t）和ΔX7（t）、ΔX8（t）为第二、三光电探测器（7）和（8）接收的激光束在Y和X方向的漂移量，θ（y、t）、δ（y、t）和θ（x、t）、δ（x、t）分别为激光束在该时刻沿Y和X方向的角飘和平飘，计算得：
Figure 2621DEST_PATH_IMAGE002
在计算机10中，将第一光电探测器（6）实际测量值与ΔY（t）和ΔX（t）相减，得到消除了漂移的直线度。
3.根据权利要求1或2所述的激光准直系统中光束漂移补偿装置，其特征在于激光器（1）为He—Ne激光器或半导体激光器。
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