CN103017661A - 丝杠检测装置及采用该丝杠检测装置的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丝杠检测装置，用以检测丝杠的误差值，该丝杠检测装置包括检测螺母、光学测量镜、双频激光干涉仪，所述双频激光干涉仪面向丝杠的一外端部设置，所述检测螺母套设于丝杠的外周上，当该丝杠作周向旋转运动时，该检测螺母沿丝杠的轴向作直线运动，所述光学测量镜固定安装在检测螺母上，随检测螺母一起移动该丝杠检测装置还包括光学参考镜及角镜，所述光学参考镜固定安装于丝杠的外端部上，随丝杠一起作周向旋转运动，所述角镜靠近双频激光干涉仪设置，用以将其发出的激光束反射至光学测量镜。本发明的丝杠检测装置操作简易、准确度高。本发明还包括一种采用上述丝杠检测装置的检测方法，该检测方法得到的丝杠误差测量结果可靠性高。

Description

丝杠检测装置及采用该丝杠检测装置的检测方法

技术领域

本发明涉及一种丝杠检测装置及采用该丝杠检测装置的检测方法。

背景技术

近年来，随着科研仪器以及装备制造业整体技术水平不断提高，对高精机床、精密机械中的核心驱动部件—丝杠的精度要求也越来越高。在诸如光栅刻划机等一些精密仪器领域，随着整机精度的不断提高，对丝杠的误差要求越来越高，如在800mm长度范围对丝杠的小周期误差及累积误差的要求已经分别达到0.1μm和3μm以内。可见，实用有效的丝杠检测装置及检测方法是加工出高精度丝杠的必要条件之一。

目前所广泛实用的丝杠检测装置在机械结构上采用“一端固定，一端浮动”的方式装夹被测丝杠，如图1所示，该丝杠检测装置包括浮动端支座1a、压缩弹簧2a、滑套3a、编码器4a、浮动端钢球5a、左端V形轴承6a、检测螺母8a、光学测量镜9a、右端V形轴承10a、固定端钢球11a、固定端支座12a、双频激光干涉仪13a。用以检测的丝杠7a左右两端轴颈分别安放在左端V形轴承6a与右端V形轴承10a上，其中左端V形轴承6a与右端V形轴承10a共同确定被检丝杠7a的回转轴线水平。所述丝杠7a的右端通过固定端钢球11a靠置在固定端支座12a上，该固定端支座12a对丝杠7a起到水平向右的限位作用。所述浮动端支座1a内嵌有滑套3a，滑套3a与嵌置在丝杠7a左端轴孔的浮动端钢球5a接触。所述编码器4a安装在丝杠7a上，随着丝杠7a一起转动，以记录丝杠7a的转角信号。所述双频激光干涉仪13a是一种外差式干涉仪，其以波长作为标准对被测长度进行度量。所述光学测量镜9a放置在检测螺母8a上，随检测螺母8a一起移动。该双频激光干涉仪13a发出的激光束经光学测量镜9a反射而返回，经双频激光干涉仪13a内部光电信号转换后得到检测螺母8a的位置信号。通过将丝杠7a的转角信号和检测螺母8a的位置信号按照时间对应关系输入到计算机中就可以得到检测螺母8a的运动曲线，经过数据分析从运动曲线上可以得到被检丝杠7a的小周期误差与累积误差。

上述丝杠检测装置具有一定的精度，可以满足一般要求的丝杠检测工作。但在检测过程中如图2所示，由于加工和调装过程中经常存在误差，固定端钢球11a与被检丝杠7a回转轴线不能完全重合时，即会产生一位置偏差。而且丝杠7a的回转轴线与固定端支座12a的支撑面不能严格垂直，同时存在一角度偏差。由于上述两个偏差的存在，当丝杠7a周向转动一周时，固定端钢球11a球心轨迹在固定端支座12a支撑面上的投影就形成了一个椭圆，当固定端钢球11a球心投影分别位于椭圆的两个长轴顶点时，固定端钢球11a在丝杠7a轴向方向上窜动最大，假设其值为D，同时固定端钢球11偏离轴线距离值为d,而固定端支座12a的支撑面与丝杠7a回转轴线的法平面的夹角值为θ，则可以得到关于D的表达式为D=2d×tanθ。

由以上分析可见，在丝杠7a回转的周期内，丝杠7a的检测结果中包含一个幅值为2d×tanθ呈周期性变化的轴向窜动误差，该误差属于系统误差，由于很难得到d、θ的准确值，因此就不能确定D的大小，也就无法通过常规补偿方法消除其影响。

发明内容

有鉴于此，实有必要提供一种丝杠检测装置及采用该丝杠检测装置的检测方法，能够消除丝杠检测过程中由于丝杠轴向窜动而产生的测量误差。

一种丝杠检测装置，用以检测丝杠的误差值，该丝杠检测装置包括：浮动端支座、编码器、二V形轴承、检测螺母、光学测量镜、双频激光干涉仪及固定端安装座；

所述丝杠承载于二V形轴承上，并夹置于浮动端支座与固定端安装座之间；

所述检测螺母套设于丝杠的外周上，当该丝杠作周向旋转运动时，所述检测螺母沿丝杠的轴向作直线运动；

所述光学测量镜固定安装在检测螺母上，随检测螺母一起移动；

所述双频激光干涉仪面向所述丝杠的一外端部设置；

该丝杠检测装置还包括：光学参考镜及角镜；

所述光学参考镜固定安装于丝杠的外端部上，随丝杠一起作周向旋转运动；

所述角镜靠近双频激光干涉仪设置，用以将该双频激光干涉仪发出的激光束反射至光学测量镜。

其中，二V形轴承是指两个V形轴承。

在上述技术方案中，所述光学参考镜垂直于所述丝杠的轴线设置。

在上述技术方案中，所述光学测量镜垂直于所述丝杠的轴线设置。

在上述技术方案中，所述双频激光干涉仪正对所述光学参考镜设置。

在上述技术方案中，所述固定端安装座包括推力轴承及固定所述推力轴承的推力轴承支座，所述推力轴承卡置于所述丝杠的一轴颈上。

一种采用所述丝杠检测装置的检测方法，具体步骤包括：经所述双频激光干涉仪射出的激光束分成两束，其中一束沿着丝杠的轴线方向经光学参考镜反射后回到双频激光干涉仪上；另一束经角镜反射后传至光学测量镜上再沿该路径返回到双频激光干涉仪上。

在上述技术方案中，通过平行光管光学调整法将光学参考镜调整至与丝杠的轴线相垂直的位置。

在上述技术方案中，所述编码器用以同步记录丝杠的转角信号。

在上述技术方案中，通过双频激光干涉仪的内部运算处理，得到光学测量镜相对于光学参考镜的位移信号。

在上述技术方案中，将每一时刻编码器记录的转角信号所对应的双频激光干涉仪记录的位移信号经过数据运算从而得到检测螺母关于丝杠转角的运动曲线，进而对运动曲线进行数据分析，最终得到丝杠的误差检测结果。

本发明的丝杠检测装置及采用该丝杠检测装置的检测方法中在丝杠端部加装了可同丝杠一起转动的光学参考镜，当在检测过程中丝杠发生轴向窜动时，光学参考镜随之做相同运动，这样消除了丝杠检测过程中由于丝杠轴向窜动而产生的测量误差，使得双频激光干涉仪记录的是检测螺母上的光学测量镜与丝杠端部的光学参考镜之间的相对位移，该丝杠检测装置操作简易，且采用该丝杠检测装置的检测方法得到的丝杠误差测量结果可靠性高。

附图说明

图1是现有技术中丝杠检测装置的结构示意图。

图2是图1中丝杠检测装置在检测过程中产生丝杠轴向窜动误差的示意图，其中实线部分表示固定端钢球、丝杠回转轴线与固定端支座的理论位置，虚线部分表示固定端钢球、丝杠回转轴线与固定端支座的实际位置。

图3 是本发明的丝杠检测装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

1、1a - 浮动端支座；

2、2a - 弹簧；

3、3a - 滑套；

4、4a - 编码器；

5、5a - 浮动端钢球；

6、6a - 左端V形轴承；

7、7a - 丝杠；

8、8a - 检测螺母；

9、9a - 光学测量镜；

10、10a - 右端V形轴承；

11、11a - 固定端钢球；

12、12a - 固定端支座；

13 - 双频激光干涉仪；

14 - 推力轴承；

15 - 推力轴承支座；

16 - 光学参考镜；

17 - 角镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以详细说明。

请参阅图3，本发明的丝杠检测装置包括浮动端支座1、压缩弹簧2、滑套3、编码器4、浮动端钢球5、左端V形轴承6、检测螺母8、光学测量镜9、右端V形轴承10、双频激光干涉仪13、推力轴承14、推力轴承支座15、光学参考镜16及角镜17。被检测的丝杠7水平承载于左端V形轴承6与右端V形轴承10，并夹置于滑套3与推力轴承14之间。

所述滑套3嵌置于浮动端支座1内，所述压缩弹簧2夹置于浮动端支座1与滑套3之间，所述滑套3通过压缩弹簧2实现可相对于浮动端支座1沿水平方向做往复线性运动。这样，滑套3可向丝杠7的一端(如其左端)提供浮动支撑。所述推力轴承14则通过推力轴承支座15固定卡置于丝杠7靠近右端的轴颈上，从而与滑套3相对设置以限制丝杠7沿其轴向的位移。

在本实施例中，该推力轴承14镶嵌在推力轴承支座15的轴孔里。所述滑套3与嵌置在丝杠7左端轴孔的浮动端钢球5相抵靠。所述光学参考镜16固连到所述丝杠7的右侧端部，其可跟丝杠7一起周向转动。在本实施例中，检测丝杠7时需通过平行光管光学调整法将该光学参考镜16调整至与丝杠7的轴线相垂直的位置。

所述检测螺母8套设于丝杠7上并与该丝杠7相螺合，这样当丝杠7做周向旋转运动时，该检测螺母8沿丝杠7的轴线方向上做直线运动。与现有的检测装置相同(参考图1)，所述光学测量镜9固定安装在检测螺母8上，随检测螺母8一起移动。该光学测量镜9垂直于所述丝杠7的轴线设置。

再次参照图3，所述丝杠检测装置工作时，所述丝杠7在外力的作用下做周向旋转运动，所述编码器4用以同步记录在一定时刻该丝杠7的转角信号，与此同时，套置于丝杠7上的检测螺母8沿丝杠7的轴线方向上做直线运动。经所述双频激光干涉仪13射出的激光束分成两束，其中一束沿着丝杠7的轴线方向经光学参考镜16反射后回到双频激光干涉仪13上，另一束沿着垂直于丝杠7的轴线方向经角镜17反射后传至光学测量镜9上再沿上述路径返回到双频激光干涉仪13。通过双频激光干涉仪13的内部运算处理，可以得到在一定时刻光学测量镜9相对于光学参考镜16的位移信号，而该位移型号反映的是检测螺母8与丝杠7之间的相对位移。最后，将每一时刻编码器4记录的转角信号所对应的双频激光干涉仪13记录的位移信号同时输入到计算机中，经过数据运算就可以得到检测螺母8关于丝杠7转角的运动曲线，其中不掺杂被检丝杠7的轴向窜动误差。进而对运动曲线进行数据分析，就可以得到丝杠7的误差检测结果。

综上所述，本发明的丝杠检测装置及采用该丝杠检测装置的检测方法中在丝杠7端部加装了可同丝杠7一起转动的光学参考镜16，当在检测过程中丝杠7发生轴向窜动时，光学参考镜16随之做相同运动，这样消除了丝杠检测过程中由于丝杠7轴向窜动而产生的测量误差，使得双频激光干涉仪13记录的是检测螺母8上的光学测量镜9与丝杠7端部的光学参考镜16之间的相对位移，丝杠检测装置操作简易，且采用该丝杠检测装置的检测方法得到的丝杠7误差测量结果可靠性高。

可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其他变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种丝杠检测装置，用以检测丝杠的误差值，该丝杠检测装置包括：浮动端支座、编码器、二V形轴承、检测螺母、光学测量镜、双频激光干涉仪及固定端安装座；

所述丝杠承载于二V形轴承上，并夹置于浮动端支座与固定端安装座之间；

所述检测螺母套设于丝杠的外周上，当该丝杠作周向旋转运动时，所述检测螺母沿丝杠的轴向作直线运动；

所述光学测量镜固定安装在检测螺母上，随检测螺母一起移动；

所述双频激光干涉仪面向所述丝杠的一外端部设置；

其特征在于：

该丝杠检测装置还包括：光学参考镜及角镜；

所述光学参考镜固定安装于丝杠的外端部上，随丝杠一起作周向旋转运动；

所述角镜靠近双频激光干涉仪设置，用以将该双频激光干涉仪发出的激光束反射至光学测量镜。

2.如权利要求1所述的丝杠检测装置，其特征在于：所述光学参考镜垂直于所述丝杠的轴线设置。

3.如权利要求2所述的丝杠检测装置，其特征在于：所述光学测量镜垂直于所述丝杠的轴线设置。

4.如权利要求1所述的丝杠检测装置，其特征在于：所述双频激光干涉仪正对所述光学参考镜设置。

5.如权利要求1所述的丝杠检测装置，其特征在于：所述固定端安装座包括推力轴承及固定所述推力轴承的推力轴承支座，所述推力轴承卡置于所述丝杠的一轴颈上。

6.一种采用如权利要求1－5中任一项所述的丝杠检测装置的检测方法，其特征在于，具体步骤包括：

经所述双频激光干涉仪射出的激光束分成两束，其中一束沿着丝杠的轴线方向经光学参考镜反射后回到双频激光干涉仪上；另一束经角镜反射后传至光学测量镜上再沿该路径返回到双频激光干涉仪上。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于：通过平行光管光学调整法将光学参考镜调整至与丝杠的轴线相垂直的位置。

8.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于：所述编码器用以同步记录丝杠的转角信号。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于：通过双频激光干涉仪的内部运算处理，得到光学测量镜相对于光学参考镜的位移信号。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于：将每一时刻编码器记录的转角信号所对应的双频激光干涉仪记录的位移信号经过数据运算从而得到检测螺母关于丝杠转角的运动曲线，进而对运动曲线进行数据分析，最终得到丝杠的误差检测结果。

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