CN113211164B - 一种干涉测量系统的减振反馈系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干涉测量系统的减振反馈系统及其检测方法。保证干涉测量系统和机床大理石工作台保证相对静止，进而提高原位干涉测量系统的检测精度。本发明通过采集加速度传感器的信号f1和压电传感器的信号f2；然后，两信号相减得到信号f3，将信号f3进行取反处理；再通过PID调节，控制音圈电机产生反作用力，对干涉测量系统的动态微运动进行控制，保证干涉测量系统和机床大理石工作台保证相对静止。当信号f2极小或等于零时，信号f3取反后，推动音圈电机可以抵消干涉测量系统的振动，保持静止。

Description

一种干涉测量系统的减振反馈系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及精密光学零部件的加工检测技术领域，具体涉及一种干涉测量系统的减振反馈系统及其检测方法，主要针对抛光非球面的原位测量。

背景技术

随着现代高新技术的不断发展，加工精度的要求也不断提高，对检测设备的精度及稳定性的需求日益严苛。三坐标测量的精度和稳定性良好，但对环境要求比较严格，并且为加工后离线检测方案，对于精度要求高的产品或零件，由于装夹、对刀、运动控制、热平衡等误差的存在，很难进行高精度一次成型加工，且造成比较大的浪费，也提高了成本。

在机床旁边附加一个可靠的检测机，实现产品或零件不拆卸，直接将测量机移动到机床工作台上方完成检测。这个设想早己经有所应用，但是现有技术中没能提供专门的减振反馈系统，原位精密测量时，精度和稳定性不良等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有技术中不能为原位检测设备提供专门的减振反馈系统的问题，以及原位检测精度和稳定性不良的问题，提供一种干涉测量系统的减振反馈系统及其检测方法。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种干涉测量系统的减振反馈系统，所述的减振反馈系统设置于干涉测量系统上，其特征在于：所述的减振反馈系统包括音圈电机、弹簧阻尼器、若干空气弹簧、加速度传感器、压电传感器、音圈电机驱动器和控制处理器；

所述的干涉测量系统和机床大理石工作台通过若干空气弹簧与地基相连接；音圈电机和加速度传感器设置于干涉测量系统的“U”型横梁和立柱之间，“U”型横梁的侧面通过弹簧阻尼器与立柱底座连接；机床大理石工作台上表面槽内设置有压电传感器，其上覆盖可动加盖板；

所述音圈电机由线圈、软磁铁拉片、软磁体外壳和稀土永磁体组成；所述的软磁体外壳内设置有线圈，线圈内上下设置有软磁铁拉片与稀土永磁体。

一种干涉测量系统的减振反馈系统的检测方法为：

1)控制处理器开机初始化后，向信号采集器发出命令；信号采集接到命令，开始采集加速度传感器和压电传感器的信号，得到干涉测量系统和机床大理石工作台的振动加速信号f1，f2；

2)两信号相减得到信号f3，将信号f3取反处理；通过PID调节，控制音圈电机产生反作用力，对干涉测量系统的动态微运动进行控制，保证干涉测量系统和机床的大理石工作台在隔振的基础上相对静止。

进一步，步骤2)中：当信号f2在误差允许范围内或等于零时，信号f3取反后，催动音圈电机(10)抵消干涉测量系统的振动，保持静止。

进一步，信号f3为加速度信号f1和f2的离差，通过离差信号，来反馈干涉测量系统的微运动，与机床大理石工作台的微运动相同。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1)本发明实现了隔振、减振、吸振等方式全面减弱各种频率的振动对干涉测量系统工作时的影响，并保证干涉测量系统与机床大理石工作台相对静止。

2)本发明采用的空气弹簧、弹簧阻尼器，具有无污染、稳定性好的优点；采用音圈电机，调节干涉测量系统的微运动，运动反应快，承载能力强。

3)本发明由于减振效果良好，且保证干涉测量系统和大理石工作台相对静止，保证激光测量仪有良好检测状态，适应于原位检测，减少工件的装卸，节约时间，减少报废率。

4)本发明采用空气弹簧用于隔离外界振动，并支撑床身和大理石工作台，空气弹簧结构简单，有强大的承载能力，对低频振动隔离，吸收效果良好，抗干扰性强，环保无污染。

5)本发明通过调节主气室和副气室的气体体积的比例，可以改变其固有频率，以便应对外界振动，负气室内装有安全弹簧，可以在漏气失稳时起到缓冲保护作用。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为音圈电机、加速度传感器、音圈电机驱动器位置图；

图3为音圈电机的结构示意图；

图4为空气弹簧的结构示意图；

图5为本发明的控制系统硬件简图；

图6为本发明的信号流程图；

图7为本发明的控制系统方框图；

标记说明：1、干涉测量系统；2、减振反馈系统；3、机床大理石工作台；

10、音圈电机；20、弹簧阻尼器；30、空气弹簧；40、加速度传感器；50、压电传感器；60、音圈电机驱动器；70、控制处理器；80、横梁；90、立柱；100、立柱底座；110、地基；

11、线圈；12、软磁铁拉片；13、软磁体外壳；14、稀土永磁体；

31、主气室；32、副气室；33、阻尼孔；34、安全弹簧；35、端盖；36、缸体；37、充气口；38、圆螺母。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

工作原理

本发明在测量过程中，干涉测量系统和机床大理石工作台底部的空气弹簧负责隔离和吸收外部振动，并且使大理石工作台和干涉测量系统具有相同的底部隔振条件。对于内部振动，由于大理石有良好的抗振效果，可不做主动减振处理，把其受迫振动时的力，通过压电传感器导出，作为信号f2。测量机本体为铸铁，受迫振动会比较明显，通过弹簧阻尼器进行减振，大大衰减后，通过加速度传感器导出，作为信号f1。然后，信号f1减去信号f2，得到信号f3，对信号f3取反；通过PID调节，驱动音圈电产生反力，调控干涉测量系统的微运动。这样，就可以使干涉测量系统与机床大理石工作台有相同的微运动，进而保证它们相对静止，为干涉测量系统提供良好的原位检测状态，保证检测精度。

一种原位干涉测量减振反馈系统，包括干涉测量系统1和机床大理石工作台3和减振反馈系统，减振反馈系统包括音圈电机10、弹簧阻尼器20、若干空气弹簧30、加速度传感器40、压电传感器50、音圈电机驱动器60和控制处理器70；

干涉测量系统1和机床大理石工作台3通过若干个空气弹簧30与地基110相连接；干涉测量系统的“U”型横梁80和立柱90之间设置有音圈电机10和加速度传感器40，“U”型横梁80的侧面通过弹簧阻尼器20与立柱底座100连接；机床大理石工作台3上表面槽内设置有压电传感器50，其上覆盖可动加盖板，如图1和图2所示。

所述音圈电机10位于横梁80和两立柱90之间，活动端固定在横梁底部，固定端安装在立柱顶部，驱动器60位于横梁内部，外覆隔离罩；由线圈11、软磁铁拉片12、软磁体外壳13和稀土永磁体14组成；所述的软磁体外壳13内设置有线圈11，线圈11内上下设置有软磁铁拉片12与稀土永磁体14，如图3所示。

上述弹簧阻尼器20铰链在横梁80和立柱底座100之上，每侧3个，隔90度分布，弹簧阻尼器将横梁撑起，保证音圈电机的活动部分不与固定部分不接触；如图1所示，按照需要，选用标准系列产品；

上述空气弹簧30上端位于导轨底座的凹槽内，下端位于地基凹坑内，每侧线轨底座下装有3个，使其稳定性更好，还起到隔离作用，图1所示；由主气室31、副气室32、阻尼孔33、安全弹簧34、端盖35、缸体36、充气口37、圆螺母38等组成，如图4所示，主气室31为橡胶气囊，上部装有钢制保护层，橡胶气囊下部与活塞固结在一起，并与活塞中心阻尼孔33联通，活塞在缸体36内可上下运动，主气室31也跟随运动，缸体36底部由密封盖通过螺纹密封，充气口37穿过密封盖中心通孔，并用圆螺母38固定，安全弹簧34固定在密封盖上表面，套在阻尼孔33外，位于缸体36内，正常工作时，安全弹簧34不与活塞接触，如图4所示，空气弹簧用于隔离外界振动，并支撑测量机和大理石工作台(属于精密机床)。空气弹簧有强大的承载能力，对外部振动的隔离有良果的效果，抗干扰性强，环保无污染。通过调节主气室31和副气室32的气体体积的比例，可以改变其固有频率，以便应对外界的振动。副气室32内装备有安全弹簧，在极小几率下，漏气现象的防护。

上述机床大理石工作台3通过4个空气弹簧30与地基110连接在一起，供气系统与空气弹簧30联通，大理石上表面深50mm的槽内安装有5枚压电传感器50，上覆盖可动盖板。

本发明实现了隔振、吸振、消振的功能，使干涉测量系统和机床大理石工作台具有相同的底部隔振条件，保证干涉测量系统和机床大理石工作台，在进行测量工作时，不受外部振动干扰；并且通过主动调节控制，使干涉测量系统和大理石工作台保持相对静止。

本发明一种原位干涉测量减振反馈系统的检测方法，如图5-图7所示：控制处理器70开机初始化后，向信号采集器发出命令；信号采集器接到命令，开始采集安装在横梁上的加速度传感器40传出的信号f1和安装在大理石工作台中的压电传感器50的传出信号f2；然后，将信号f1、信号f2上传到控制器；控制器将两信号相减得到信号f3，之后，使信号f3取反；通过PID调节控制音圈驱动器驱动音圈电机产生反作用力，对干涉测量系统的动态微运动进行调节，保证干涉测量系统和机床大理石工作台保证相对静止(即信号f3为加速度信号f1和f2的离差，通过这个离差的控制，来反馈干涉测量系统和机床大理石工作台的微运动)。当机床大理石工作台静止或微运动极小，也就是当信号f2在误差允许范围内或等于零时，信号f3取反后，催动音圈电机10抵消原位干涉测量机的振动，则干涉测量系统保持静止。

加速度信号运行状态如下过程，如图6和图7所示：

信号f1可表示为

信号f2可表示为

则有，

信号f3可表示为

以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对其进行若干改进与润饰，均应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种干涉测量系统的减振反馈系统的检测方法，所述的检测方法中采用的减振反馈系统(2)设置于干涉测量系统(1)上，所述的减振反馈系统包括音圈电机(10)、弹簧阻尼器(20)、若干空气弹簧(30)、加速度传感器(40)、压电传感器(50)、音圈电机驱动器(60)和控制处理器(70)；

所述的干涉测量系统(1)和机床大理石工作台(3)通过若干空气弹簧(30)与地基(110)相连接；音圈电机(10)和加速度传感器(40)设置于干涉测量系统(1)的“U”型横梁(80)和立柱(90)之间，“U”型横梁(80)的侧面通过弹簧阻尼器(20)与立柱底座(100)连接；机床大理石工作台(3)上表面槽内设置有压电传感器(50)，其上覆盖可动加盖板；

所述音圈电机(10)由线圈(11)、软磁铁拉片(12)、软磁体外壳(13)和稀土永磁体(14)组成；所述的软磁体外壳(13)内设置有线圈(11)，线圈(11)内上下设置有软磁铁拉片(12)与稀土永磁体(14)；

其特征在于：检测方法步骤为：

步骤1)控制处理器(70)开机初始化后，向信号采集器发出命令；信号采集接到命令，开始采集加速度传感器(40)和压电传感器(50)的信号，大理石工作台底部设置的空气弹簧负责内部隔离和吸收震动，压电传感器导出工作台振源的信号f2，弹簧阻尼器进行减震通过加速度传感器导出信号f1；

步骤2)两信号相减得到信号f3，将信号f3取反处理；通过PID调节，控制音圈电机(10)产生反作用力，对干涉测量系统的动态微运动进行控制，保证干涉测量系统(1)和机床的大理石工作台(3)在隔振的基础上相对静止。

2.根据权利要求1所述的一种干涉测量系统的减振反馈系统的检测方法，其特征在于：所述的步骤2)中：当信号f2在误差允许范围内或等于零时，信号f3取反后，催动音圈电机(10)抵消干涉测量系统的振动，保持静止。

3.根据权利要求2所述的一种干涉测量系统的减振反馈系统的检测方法，其特征在于：所述的信号f3为加速度信号f1和f2的离差，通过离差信号，来反馈干涉测量系统(1)的微运动，与机床大理石工作台(3)的微运动相同。

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