CN112525082B - 同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置及方法，包括呈线性依次分布的激光器、圆台透镜和CCD相机，其中：圆台透镜固定在直线位移台的工作台上，激光器和CCD相机位置固定，激光器射出的光束经过圆台透镜一侧倾斜表面发生折射，折射的光束到达圆台透镜下表面后发生反射，反射的光束到达圆台透镜背面再次发生折射，最后到达CCD相机镜头表面形成光斑。本发明检测方法采用基于自准直原理和CCD相机拍摄相结合的测量方法，利用单个激光器和圆台透镜，可以实现直线位移台定位精度及直线度的同时检测，精度较高。而且，本发明测量装置结构简单，采用的器件成本低于传统校准的仪器装备价格，在很大程度上节省了测量成本。

Description

同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置及方法
技术领域
本发明涉及光学精密测量技术领域，尤其涉及一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置及方法。
背景技术
在精密机械、控制等领域，微小位移的测量对于提高仪器设备精度有着重大意义。现阶段，针对微小位移测量问题，最常用的测量方法有激光干涉仪测量，其测量精度高，速度快，稳定性好，但是价格昂贵，测量成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置及方法，实现直线位移台定位精度及直线度的检测的同时，提高检测精度，降低检测成本。
为实现上述目的，本发明采用一种技术方案为：
一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置，包括呈线性依次分布的激光器、圆台透镜和CCD相机，其中：
圆台透镜固定在直线位移台的工作台上，激光器和CCD相机位置固定，激光器射出的光束经过圆台透镜一侧倾斜表面发生折射，折射的光束到达圆台透镜下表面后发生反射，反射的光束到达圆台透镜背面再次发生折射，最后到达CCD相机镜头表面形成光斑；
检测时，使圆台透镜随直线位移台的工作台在Y方向移动，根据光斑的形状和位置的变化情况得到圆台透镜在X、Y、Z方向位移量，圆台透镜在Y轴上的位移量和工作台实际位移量之差即为直线位移台的定位精度，圆台透镜在X、Z方向上的位移量即为直线位移台在运动过程中的直线度。
进一步的，所述圆台透镜上、下端面均设有反射膜。
进一步的，所述直线位移台在检测前进行位置固定。
为实现上述目的，本发明还采用一种技术方案为：
一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的方法，包括以下步骤：
S1搭建检测系统
S1.1将激光器和CCD相机以一定的距离固定，使得激光器出射的光束正好照射在相机镜头表面；
S1.2将待检测直线位移台设置在激光器和CCD相机间，在待检测直线位移台的工作台上安装圆台透镜，使得激光机的光束经过圆台透镜之后正常照射到CCD相机镜头表面，固定待检测直线位移台；
S2定位精度及直线度检测
S2.1记录CCD相机镜头表面光斑初始位置和形状；
S2.2改变待检测直线位移台的工作台在Y方向的位置，记录光斑当前位置和形状，得出光斑形状变化量、光斑分别在X、Z方向的位置变化量；
S2.3引入计算模型
Figure GDA0002930714360000031
Figure GDA0002930714360000032
Figure GDA0002930714360000033
式中，δx表示圆台透镜在X轴方向的位移量，δy表示圆台透镜在Y轴方向的位移量，δz表示圆台透镜在Z轴方向的位移量，XS表示CCD相机拍摄的光斑形状变化量，XCCD、YCCD分别表示CCD相机拍摄的光斑的位置变化量，n为材质为bk7玻璃的折射率，R为圆台透镜下底面半径，DL为激光器光束直径；
将步骤S2.2得到的光斑形状变化量、光斑分别在X、Y方向的位置变化量代入上述模型，得到圆台透镜在X、Y、Z方向的位移量；
S2.4圆台透镜在Y轴上的位移量δy和直线位移台实际位移量之差即为直线位移台的定位精度，圆台透镜在X、Z方向上的位移量δx、δz即为直线位移台在运动过程中的直线度。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用基于自准直原理和CCD相机拍摄相结合的测量方法，利用单个激光器和圆台透镜，可以实现直线位移台定位精度及直线度检测。
2)本发明采用的测量方法基于自准直原理进行非接触测量，精度较高。
3)本发明测量装置结构简单，采用的器件成本低于传统校准的仪器装备价格，在很大程度上节省了测量成本。
附图说明
图1为本发明一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置的结构示意图；
图2为圆台透镜在X方向移动时的测量原理图；
图3为圆台透镜在Y方向移动时的测量原理图；
图4为圆台透镜在Z方向移动时的测量原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的装置，其特征在于，包括呈线性依次分布的激光器1、圆台透镜2和CCD相机3，其中：
圆台透镜上、下端面均设有反射膜，圆台透镜固定在直线位移台的工作台上，激光器和CCD相机位置固定，激光器射出的光束经过圆台透镜一侧倾斜表面发生折射，折射的光束到达圆台透镜下表面后发生反射，反射的光束到达圆台透镜背面再次发生折射，最后到达CCD相机镜头表面形成光斑；
直线位移台在检测前进行位置固定，检测时，使圆台透镜随直线位移台的工作台在Y方向移动，根据光斑的形状和位置的变化情况得到圆台透镜在X、Y、Z方向位移量，圆台透镜在Y轴上的位移量和工作台实际位移量之差即为直线位移台的定位精度，圆台透镜在X、Z方向上的位移量即为直线位移台在运动过程中的直线度。
利用上述装置同时检测直线位移台定位精度及直线度的方法，具体包括以下步骤：
S1搭建检测系统
S1.1将激光器和CCD相机以一定的距离固定，使得激光器出射的光束正好照射在相机镜头表面。
S1.2将待检测直线位移台设置在激光器和CCD相机间，在待检测直线位移台的工作台上安装圆台透镜，使得激光机的光束经过圆台透镜之后正常照射到CCD相机镜头表面，固定待检测直线位移台。
S2定位精度及直线度检测
S2.1记录CCD相机镜头表面光斑初始位置和形状。
S2.2改变待检测直线位移台的工作台在Y方向的位置，记录光斑当前位置和形状，得出光斑形状变化量、光斑分别在X、Z方向的位置变化量。
工作台在Y方向移动后，若有X方向的偏移则光斑位移如图2所示，若有Y方向的偏移则光斑形态变化如图3所示，若有Z方向的偏移则光斑位移如图4所示。
S2.3引入计算模型
Figure GDA0002930714360000051
Figure GDA0002930714360000052
Figure GDA0002930714360000053
式中，δx表示圆台透镜在X轴方向的位移量，δy表示圆台透镜在Y轴方向的位移量，δz表示圆台透镜在Z轴方向的位移量，XS表示CCD相机拍摄的光斑形状变化量，XCCD、YCCD分别表示CCD相机拍摄的光斑的位置变化量，n为材质为bk7玻璃的折射率，R为圆台透镜下底面半径，DL为激光器光束直径；
将步骤S2.2得到的光斑形状变化量、光斑分别在X、Y方向的位置变化量代入上述模型，得到圆台透镜在X、Y、Z方向的位移量。
S2.4圆台透镜在Y轴上的位移量δy和直线位移台实际位移量之差即为直线位移台的定位精度，圆台透镜在X、Z方向上的位移量δx、δz即为直线位移台在运动过程中的直线度。
本发明检测方法采用基于自准直原理和CCD相机拍摄相结合的测量方法，利用单个激光器和圆台透镜，可以实现直线位移台定位精度及直线度的同时检测，精度较高。而且，本发明测量装置结构简单，采用的器件成本低于传统校准的仪器装备价格，在很大程度上节省了测量成本。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种同时检测直线位移台定位精度及直线度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1搭建检测系统
S1.1将激光器和CCD相机以一定的距离固定，使得激光器出射的光束正好照射在相机镜头表面；
S1.2将待检测直线位移台设置在激光器和CCD相机间，在待检测直线位移台的工作台上安装圆台透镜，使得激光器的光束经过圆台透镜之后正常照射到CCD相机镜头表面，固定待检测直线位移台；
S2定位精度及直线度检测
S2.1记录CCD相机镜头表面光斑初始位置和形状；
S2.2改变待检测直线位移台的工作台在Y方向的位置，记录光斑当前位置和形状，得出光斑形状变化量、光斑分别在X、Z方向的位置变化量；
S2.3引入计算模型
Figure FDA0003514787280000011
Figure FDA0003514787280000012
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中，δx表示圆台透镜在X轴方向的位移量，δy表示圆台透镜在Y轴方向的位移量，δz表示圆台透镜在Z轴方向的位移量，XS表示CCD相机拍摄的光斑形状变化量，XCCD、YCCD分别表示CCD相机拍摄的光斑的位置变化量，n为材质为bk7玻璃的折射率，R为圆台透镜下底面半径，DL为激光器光束直径；
将步骤S2.2得到的光斑形状变化量、光斑分别在X、Y方向的位置变化量代入上述模型，得到圆台透镜在X、Y、Z方向的位移量；
S2.4圆台透镜在Y轴上的位移量δy和直线位移台实际位移量之差即为直线位移台的定位精度，圆台透镜在X、Z方向上的位移量δx、δz即为直线位移台在运动过程中的直线度。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113670231A (zh) * 2021-07-28 2021-11-19 国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司 一种波导丝直线度测量装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001157951A (ja) * 1999-11-30 2001-06-12 Univ Chuo 逐次２点法による形状精度測定装置および逐次２点法による形状精度測定用レーザ変位計間隔測定方法
CN103499279A (zh) * 2013-10-11 2014-01-08 哈尔滨工业大学 基于三标准光轴的线位移激光干涉仪校准方法与装置
CN104075656A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 广东工业大学 激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法
CN204831226U (zh) * 2015-08-14 2015-12-02 西安工业大学 用于检测透镜中心偏的光学光路及其光学检测装置
CN105987674A (zh) * 2016-06-28 2016-10-05 天津大学 基于影像测量的z轴垂直度误差测量方法及装置
CN207675937U (zh) * 2017-12-19 2018-07-31 天津市计量监督检测科学研究院 基于误差相消原理的激光测距仪检定系统
CN110146056A (zh) * 2019-05-28 2019-08-20 中国科学院半导体研究所 一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法
CN110449993A (zh) * 2019-08-06 2019-11-15 桂林电子科技大学 一种运动台直线位移测量及偏转检测装置
JP2019200168A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 新東エスプレシジョン株式会社 真直度測定装置
CN111174735A (zh) * 2019-12-24 2020-05-19 常州工学院 一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法
CN111721199A (zh) * 2020-06-10 2020-09-29 合肥工业大学 旋转轴五自由度误差运动的精密测量装置及方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3288523B2 (ja) * 1994-02-22 2002-06-04 株式会社ワコム 光点位置計測装置及び光点位置計測方法
JP3792193B2 (ja) * 2002-11-22 2006-07-05 富三 山本 線状光照射装置
US8063383B2 (en) * 2008-11-04 2011-11-22 Sergiy Pryadkin Inertial positioner and an optical instrument for precise positioning

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001157951A (ja) * 1999-11-30 2001-06-12 Univ Chuo 逐次２点法による形状精度測定装置および逐次２点法による形状精度測定用レーザ変位計間隔測定方法
CN103499279A (zh) * 2013-10-11 2014-01-08 哈尔滨工业大学 基于三标准光轴的线位移激光干涉仪校准方法与装置
CN104075656A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 广东工业大学 激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法
CN204831226U (zh) * 2015-08-14 2015-12-02 西安工业大学 用于检测透镜中心偏的光学光路及其光学检测装置
CN105987674A (zh) * 2016-06-28 2016-10-05 天津大学 基于影像测量的z轴垂直度误差测量方法及装置
CN207675937U (zh) * 2017-12-19 2018-07-31 天津市计量监督检测科学研究院 基于误差相消原理的激光测距仪检定系统
JP2019200168A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 新東エスプレシジョン株式会社 真直度測定装置
CN110146056A (zh) * 2019-05-28 2019-08-20 中国科学院半导体研究所 一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法
CN110449993A (zh) * 2019-08-06 2019-11-15 桂林电子科技大学 一种运动台直线位移测量及偏转检测装置
CN111174735A (zh) * 2019-12-24 2020-05-19 常州工学院 一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法
CN111721199A (zh) * 2020-06-10 2020-09-29 合肥工业大学 旋转轴五自由度误差运动的精密测量装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Determination of the position and orientation of a flat piezoelectric micro-stage by moving the optical axis;Guo-Yuan Zhuang等;《REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS》;20141231;第105004-1-105004-13页 *
基于PSD的导轨直线度测量;刘兆栋等;《东南大学学报（自然科学版）》;20091130;第39卷;第65-69页 *

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