CN118089703A - 一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置 - Google Patents
一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118089703A CN118089703A CN202410480006.7A CN202410480006A CN118089703A CN 118089703 A CN118089703 A CN 118089703A CN 202410480006 A CN202410480006 A CN 202410480006A CN 118089703 A CN118089703 A CN 118089703A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spectroscope
- cube prism
- degree
- freedom parallel
- contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，属于高精度测量技术领域，目的在于解决现有技术存在测量精度不足以及测量范围不兼容的问题。本发明的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置包括：立方棱镜，所述立方棱镜的一个面通过姿态调整机构设置在待测的六自由度并联机构上，立方棱镜的其余五个面作为反射面；双频激光干涉仪，所述双频激光干涉仪通过分光镜组获得三路相互垂直的光线，三路相互垂直的光纤分别垂直所述立方棱镜的三个相邻的反射面上；以及自准直仪和电子经纬仪，两台所述自准直仪或两台电子经纬仪分别准直立方棱镜的另外两个反射面。
Description
技术领域
本发明属于高精度测量技术领域，具体涉及一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置。
背景技术
随着高精度先进制造业、机器人、航空航天、半导体等领域的快速发展，多自由度运动机构的性能已经达到微米甚至是纳米量级，对空间六自由度位姿的测量需求更加迫切，例如机器人的位姿测量标定、航空航天飞行器对接、光学望远镜主次镜位姿失调校正、纳米级工件工作台、光刻机物镜多自由度调节机构的标定，半导体晶圆X射线检测等领域，多自由度位姿测量技术都发挥关键作用。
目前，空间多自由度位姿测量广泛采用的方法包括GPS技术、视觉测量技术、激光跟踪技术、多路位移传感器测量技术等。其中GPS技术适用于室外大空间的位姿测量，精度在亚米级范围内。视觉测量技术通过多个摄像头识别靶标，并通过视觉的姿态估计获取目标姿态，其精度取决于图像的分辨率和相机精度，其精度水平在几十微米到几毫米的范围内。激光跟踪仪在与主动控制的后向反射器结合后，能够进行大体积的6D位姿测量，但其价格相对昂贵，精度水平在微米和十几微米量级。多路位移传感器测量技术应用最为广泛，包括接触式和非接触式两种测量方式，普通接触式测量存在几何误差，尤其是位移转化成转角的长度误差，制约测量精度。非接触式测量精度可达纳米级/亚微弧度量级，如激光测距传感器/电容电容式传感器可实现纳米级位置精度的测量，但是该方法测量行程小、装调复杂，对测量环境要求较高，不适用于通用大距离测量，测量精度低。
激光干涉仪可以精确测量沿光束路径的六维定位误差。例如，雷尼绍XM60激光干涉仪在4米距离内的线性位移测量精度为±0.2μm。但是，其沿俯仰、横摇和偏航的角度测量范围限制在±500μrad。激光干涉仪由于测量角度范围的限制，并不是一种普遍适用的六维姿态测量工具，测量范围无法兼容。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，解决现有技术存在测量精度不足以及测量范围不兼容的问题。
为实现上述目的，本发明的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置包括：
立方棱镜，所述立方棱镜的一个面通过姿态调整机构设置在待测的六自由度并联机构上，立方棱镜的其余五个面作为反射面；
双频激光干涉仪，所述双频激光干涉仪通过分光镜组获得三路相互垂直的光线，三路相互垂直的光线分别垂直所述立方棱镜的三个相邻的反射面上；
以及自准直仪和电子经纬仪，两台所述自准直仪或两台电子经纬仪分别准直立方棱镜的另外两个反射面。
所述分光镜组包括第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、第四分光镜、第五分光镜和第六分光镜；
所述双频激光干涉仪发出的激光经第一分光镜分光获得两束光线，方向为X向和Z向，X向的一束光线经第二分光镜分光获得两束光线，方向为X向和Y向；经第一分光镜获得的另一束Z向光线经第五分光镜反射获得X向光线，经第五分光镜获得的X向光线经第六分光镜反射获得垂直立方棱镜一个反射面的Z向光线；经第二分光镜获得的X向光线垂直立方棱镜一个反射面，经第二分光镜获得的Y向光线经第三分光镜反射获得X向光线，经第三分光镜获得的X向光线经第四分光镜反射获得垂直立方棱镜一个反射面的Y向光线。
所述空间位姿测量装置还包括第一干涉补偿器、第二干涉补偿器和第三干涉补偿器；经第二分光镜获得的X向光线经第一干涉补偿器后垂直立方棱镜一个反射面；经第四分光镜获得的Y向光线经第二干涉补偿器后垂直立方棱镜一个反射面；经第六分光镜获得的Z向光线经第三干涉补偿器后垂直立方棱镜一个反射面。
所述立方棱镜相邻的反射面垂直度优于1″。
两台所述自准直仪为X向自准直仪和Y向自准直仪；两台所述电子经纬仪为X向电子经纬仪和Y向电子经纬仪。
本发明的有益效果为：本发明的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置通过姿态调整机构能够实现三自由度转动调节，实现立方棱镜姿态的对准。双频激光干涉仪通过分光棱镜以及补偿器能够实现XYZ三个方向位置的测量。两个自准直仪能够精密测量XYZ三个方向的小角度姿态。电子经纬仪能够精密测量XYZ三个方向的大角度姿态。棱镜尺寸为50*50*50mm立方棱镜，双频激光干涉仪路光垂直，通过立方棱镜反射接收光，可实现±25mm范围内的纳米级精度测量。可实现较大位移/转角内纳米级/亚微弧度精度，同时能够对并联机构的分辨率、重复定位精度、串扰精度以及机构静态稳定度等综合指标一站式测量。现有技术，采用光栅长度计接触式测量方式，会产生接触误差和几何误差。本申请解决了现有位姿测量装置测量精度低、多自由度位姿不能同时测量等难题。
附图说明
图1为本发明的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置连接自准直仪时结构示意图；
图2为本发明的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置连接电子经纬仪时结构示意图；
其中：1、双频激光干涉仪；2、第一分光镜；3、第二分光镜；4、第三分光镜；5、第一干涉补偿器；6、第四分光镜；7、第二干涉补偿器；8、第五分光镜；9、第六分光镜；10、第三干涉补偿器；11、立方棱镜；12、姿态调整机构；13、六自由度并联机构；14、X向自准直仪；15、Y向自准直仪；16、X向电子经纬仪；17、Y向电子经纬仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见图1和图2，本发明的一种高精度非接触式六自由度并联机构13空间位姿测量装置包括：
立方棱镜11，所述立方棱镜11的一个面通过姿态调整机构12设置在待测的六自由度并联机构13上，立方棱镜11的其余五个面作为反射面；所述姿态调整机构12为三自由度转台，可调节XYZ三自由度转动；所述立方棱镜11尺寸为50*50mm；
双频激光干涉仪1，所述双频激光干涉仪1通过分光镜组获得三路相互垂直的光线，三路相互垂直的光线分别垂直所述立方棱镜11的三个相邻的反射面上；
以及自准直仪和电子经纬仪，两台所述自准直仪或两台电子经纬仪分别准直立方棱镜11的另外两个反射面。
本发明所述的姿态调整机构12为现有设备，可以采用论文《Kinematic analysisand testing of a 6-RRRPRR parallel manipulator》《空间光学遥感器次镜定位平台的设计与测试》内的结构，还可以采用专利号为201710351525.3，名称为高精度六自由度光学组件位姿调整装置的结构。
所述自准直仪能够进行±0.3°小角度姿态测量，分辨率达0.01″。
所述电子经纬仪能够进行360°大角度姿态测量，分辨率达0.1″。
在±0.3°范围的小角度姿态测量采用自准直仪，在超出±0.3°范围的大角度姿态测量采用经纬仪。
所述分光镜组包括第一分光镜2、第二分光镜3、第三分光镜4、第四分光镜6、第五分光镜8和第六分光镜9；
所述双频激光干涉仪1发出的激光经第一分光镜2分光获得两束光线，方向为X向和Z向，X向的一束光线经第二分光镜3分光获得两束光线，方向为X向和Y向；经第一分光镜2获得的另一束Z向光线经第五分光镜8反射获得X向光线，经第五分光镜8获得的X向光线经第六分光镜9反射获得垂直立方棱镜11一个反射面的Z向光线；经第二分光镜3获得的X向光线垂直立方棱镜11一个反射面，经第二分光镜3获得的Y向光线经第三分光镜4反射获得X向光线，经第三分光镜4获得的X向光线经第四分光镜6反射获得垂直立方棱镜11一个反射面的Y向光线。
所述空间位姿测量装置还包括第一干涉补偿器5、第二干涉补偿器7和第三干涉补偿器10；经第二分光镜3获得的X向光线经第一干涉补偿器5后垂直立方棱镜11一个反射面；经第四分光镜6获得的Y向光线经第二干涉补偿器7后垂直立方棱镜11一个反射面；经第六分光镜9获得的Z向光线经第三干涉补偿器10后垂直立方棱镜11一个反射面。
所述立方棱镜11相邻的反射面垂直度优于1″。
两台所述自准直仪为六自由度X向自准直仪14和Y向自准直仪15；两台所述电子经纬仪为X向电子经纬仪16和Y向电子经纬仪17。
Claims (5)
1.一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，其特征在于，包括：
立方棱镜（11），所述立方棱镜（11）的一个面通过姿态调整机构（12）设置在待测的六自由度并联机构（13）上，立方棱镜（11）的其余五个面作为反射面；
双频激光干涉仪（1），所述双频激光干涉仪（1）通过分光镜组获得三路相互垂直的光线，三路相互垂直的光线分别垂直所述立方棱镜（11）的三个相邻的反射面上；
以及自准直仪和电子经纬仪，两台所述自准直仪或两台电子经纬仪分别准直立方棱镜（11）的另外两个反射面。
2.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，其特征在于，所述分光镜组包括第一分光镜（2）、第二分光镜（3）、第三分光镜（4）、第四分光镜（6）、第五分光镜（8）和第六分光镜（9）；
所述双频激光干涉仪（1）发出的激光经第一分光镜（2）分光获得两束光线，方向为X向和Z向，X向的一束光线经第二分光镜（3）分光获得两束光线，方向为X向和Y向；经第一分光镜（2）获得的另一束Z向光线经第五分光镜（8）反射获得X向光线，经第五分光镜（8）获得的X向光线经第六分光镜（9）反射获得垂直立方棱镜（11）一个反射面的Z向光线；经第二分光镜（3）获得的X向光线垂直立方棱镜（11）一个反射面，经第二分光镜（3）获得的Y向光线经第三分光镜（4）反射获得X向光线，经第三分光镜（4）获得的X向光线经第四分光镜（6）反射获得垂直立方棱镜（11）一个反射面的Y向光线。
3.根据权利要求2所述的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，其特征在于，所述空间位姿测量装置还包括第一干涉补偿器（5）、第二干涉补偿器（7）和第三干涉补偿器（10）；经第二分光镜（3）获得的X向光线经第一干涉补偿器（5）后垂直立方棱镜（11）一个反射面；经第四分光镜（6）获得的Y向光线经第二干涉补偿器（7）后垂直立方棱镜（11）一个反射面；经第六分光镜（9）获得的Z向光线经第三干涉补偿器（10）后垂直立方棱镜（11）一个反射面。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，其特征在于，所述立方棱镜（11）相邻的反射面垂直度优于1″。
5.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置，其特征在于，两台所述自准直仪为X向自准直仪（14）和Y向自准直仪（15）；两台所述电子经纬仪为X向电子经纬仪（16）和Y向电子经纬仪（17）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410480006.7A CN118089703A (zh) | 2024-04-22 | 2024-04-22 | 一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410480006.7A CN118089703A (zh) | 2024-04-22 | 2024-04-22 | 一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118089703A true CN118089703A (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=91145935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410480006.7A Pending CN118089703A (zh) | 2024-04-22 | 2024-04-22 | 一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118089703A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101067547A (zh) * | 2007-06-06 | 2007-11-07 | 北京理工大学 | 利用相互正交的双频激光干涉仪的光学角规测试标定仪 |
| CN101413783A (zh) * | 2008-07-23 | 2009-04-22 | 中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 双频激光干涉测量装置 |
| CN101598530A (zh) * | 2009-06-17 | 2009-12-09 | 上海微电子装备有限公司 | 一种双频激光干涉仪装置 |
| CN103308004A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-18 | 北京市普锐科创科技有限责任公司 | 一种激光直线度和位移的测量装置 |
| CN106152974A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种外差式六自由度光栅运动测量系统 |
| CN106767679A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-05-31 | 中国科学院光电研究院 | 一种光电自准直经纬仪 |
| CN107065113A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高精度六自由度光学组件位姿调整装置 |
| CN109551520A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高效率六自由度并联机器人精密测试装置 |
-
2024
- 2024-04-22 CN CN202410480006.7A patent/CN118089703A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101067547A (zh) * | 2007-06-06 | 2007-11-07 | 北京理工大学 | 利用相互正交的双频激光干涉仪的光学角规测试标定仪 |
| CN101413783A (zh) * | 2008-07-23 | 2009-04-22 | 中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 双频激光干涉测量装置 |
| CN101598530A (zh) * | 2009-06-17 | 2009-12-09 | 上海微电子装备有限公司 | 一种双频激光干涉仪装置 |
| CN103308004A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-18 | 北京市普锐科创科技有限责任公司 | 一种激光直线度和位移的测量装置 |
| CN106152974A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种外差式六自由度光栅运动测量系统 |
| CN106767679A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-05-31 | 中国科学院光电研究院 | 一种光电自准直经纬仪 |
| CN107065113A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高精度六自由度光学组件位姿调整装置 |
| CN109551520A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高效率六自由度并联机器人精密测试装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 金涛;刘景林;杨卫;乐燕芬;侯文玫;: "线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置", 光学精密工程, no. 07, 15 July 2018 (2018-07-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107228638B (zh) | 基于光束漂移补偿的五自由度误差同时测量的方法与装置 | |
| Burge et al. | Use of a commercial laser tracker for optical alignment | |
| CN105737765A (zh) | 基于半导体激光器组件的四自由度光学测头 | |
| CN108287338A (zh) | 基于误差相消原理的激光测距仪检定系统及其检定方法 | |
| CN107234487B (zh) | 基于组合面型基准件的运动部件多参数检测方法 | |
| CN110455226B (zh) | 一种激光准直收发一体式直线度测量的标定系统及方法 | |
| CN103954219A (zh) | 二维线纹动态光电瞄准干涉测量装置 | |
| Li et al. | A novel orientation and position measuring system for large & medium scale precision assembly | |
| CN107091608B (zh) | 一种基于曲面基准件的五自由度参数测量方法 | |
| CN111811496A (zh) | 一种斜交非接触式三维线速度及双轴动态角度测量系统、方法 | |
| CN113091653B (zh) | 基于五棱镜测量直线导轨角自由度误差的装置及方法 | |
| CN207675937U (zh) | 基于误差相消原理的激光测距仪检定系统 | |
| CN112697074B (zh) | 动态待测物角度测量仪及测量方法 | |
| CN111998775B (zh) | 一种用于运动滑台姿态高精度实时测量的装置 | |
| CN109520526A (zh) | 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量系统及方法 | |
| CN103134428A (zh) | 一种分布式平面六自由度位姿快速精密测量装置与方法 | |
| CN113899324B (zh) | 基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法 | |
| Yang et al. | Multi-target automatic positioning based on angle and distance parallel measurement | |
| CN118089703A (zh) | 一种高精度非接触式六自由度并联机构空间位姿测量装置 | |
| Peggs | Virtual technologies for advanced manufacturing and metrology | |
| Muralikrishnan et al. | Choosing test positions for laser tracker evaluation and future Standards development | |
| Yang et al. | Measurement technology for precision machines | |
| Cai et al. | Micro/nanopositioning coplanar stage with real-time compensation of volumetric error | |
| CN114719787B (zh) | 一种基于平行光路的多自由度检测装置 | |
| Osawa et al. | Evaluation of the performance of a novel laser tracker used for coordinate measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |