本實用新型屬于光機領(lǐng)域，涉及一種用于激光加工的正交雙擺軸標定裝置。

背景技術(shù)：

近年來激光加工作為一種先進的制造技術(shù)逐漸被應(yīng)用到生產(chǎn)、生活中的各個方面，基于五軸聯(lián)動激光加工機床的激光三維加工代表了激光加工制造技術(shù)的最高水平，目前五軸聯(lián)動激光加工機床技術(shù)主要掌握在歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家，國內(nèi)五軸聯(lián)動激光加工機床的研究處于上升階段。

五軸聯(lián)動激光加工機床普遍采用的雙擺軸導向頭具有結(jié)構(gòu)簡單易于制造安裝，光路設(shè)計簡單、調(diào)試方便并且損耗較小等優(yōu)點，其主要難點在于高精度正交精度測量和標定。

目前，數(shù)控加工中心的裝配和檢測標定主要有2種方法：

(1)對于精度要求一般的情況，多采用基準平尺、三角尺和千分表等測量工具對加工中心的垂直度、同軸度以及各軸的空間位置等進行調(diào)整或標定，該方法簡單易行，但絕對精度和重復精度都較差，且要求操作人員經(jīng)驗豐富；另外，該方法不能直接測量和標定精度，要經(jīng)過換算才能得到結(jié)果。

(2)對于精度要求較高的情況，多采用激光多自由度誤差測量方法，該方法可基于多種光學原理從而實現(xiàn)多自由度測量，例如全反射原理、多光束分光、全息透鏡等，國內(nèi)外專業(yè)的數(shù)控加工中心制造公司多采用這種方法對產(chǎn)品做檢測和精度標定，但所采用專用光學設(shè)備非常昂貴并且檢測標定方法復雜。

基于五軸聯(lián)動激光加工機床使用X、Y、Z三個平移軸和AC兩個回轉(zhuǎn)軸，XYZ三個平移軸精度易于保證，A軸和C軸的正交精度以及激光光束與A軸的平行度誤差要求很高，單靠機械加工和裝配難以滿足設(shè)計技術(shù)要求，因此有必要設(shè)計一套能夠采用常用光學儀器測量A軸和C軸正交誤差的檢測方法，為裝調(diào)提供參考數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有激光加工正交雙擺軸在測量和標定其正交精度時需要采用專用光學設(shè)備并且標定方法復雜的問題，本實用新型提供了一種用于激光加工正交雙擺軸的標定裝置。

本實用新型的思路是：本實用新型通過在兩個擺軸回轉(zhuǎn)軸線的交匯處設(shè)置五棱鏡，利用五棱鏡將其中一個擺軸的回轉(zhuǎn)軸線折轉(zhuǎn)90度后，通過設(shè)置在另一個擺軸回轉(zhuǎn)軸線上的自準直儀即可標定兩個正交擺軸回轉(zhuǎn)軸線之間的正交偏差夾角。

本實用新型的技術(shù)解決方案是：

所提供的用于激光加工的正交雙擺軸標定裝置，用于標定激光加工機床中相互正交的第一擺軸和第二擺軸的正交偏差夾角；其特殊之處在于：包括平面反射鏡一、平面反射鏡二、自準直儀一、自準直儀二和五棱鏡；

平面反射鏡一和自準直儀一分別設(shè)置在第一擺軸的兩端，且平面反射鏡一的鏡面與第一擺軸垂直；平面反射鏡二和自準直儀二分別設(shè)置在第二擺軸的兩端并位于第二擺軸的回轉(zhuǎn)軸線上，且平面反射鏡二的鏡面與第二擺軸垂直；

五棱鏡設(shè)置在第一擺軸回轉(zhuǎn)軸線和第二擺軸回轉(zhuǎn)軸線的交匯處，五棱鏡的其中一個透射面正對自準直儀一，另一個透射面正對平面反射鏡二；或者，五棱鏡的其中一個透射面正對自準直儀二，另一個透射面正對平面反射鏡一。

作為優(yōu)化，平面反射鏡一和自準直儀一均位于第一擺軸的回轉(zhuǎn)軸線上；平面反射鏡二和自準直儀二均位于第二擺軸的回轉(zhuǎn)軸線上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是：

本實用新型通過自準直測量原理標定正交雙擺軸的正交誤差，相對其他方法和裝置原理簡單，實施方便，測量精度高，其原理和方法也可用于其他類似二維正交軸的測量和調(diào)試。

附圖說明

圖1是本實用新型自準直測量正交雙擺軸各自的回轉(zhuǎn)精度的原理圖；

圖2是本實用新型自準直測量正交雙擺軸正交誤差的原理圖；

圖3是安裝調(diào)試反射鏡的原理圖；

圖4是本實用新型正交雙擺軸標定裝置的示意圖；

圖中標號：1-自準直儀二，2-自準直儀一，3-平面反射鏡二，4-平面反射鏡一，5-第二擺軸(電機)，6-第一擺軸(電機)，7-五棱鏡，8-第二擺軸接口法蘭,9-激光加工機床。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。

參見圖2、圖4，本實用新型所提供的正交雙擺軸標定裝置由平面反射鏡一4、二，自準直儀一2、二，以及五棱鏡7組成。平面反射鏡一4和自準直儀一2分別設(shè)置在第一擺軸的兩端并位于其回轉(zhuǎn)軸線上，并通過相應(yīng)的調(diào)整機構(gòu)配合自準直儀將平面反射鏡一4的鏡面與第一擺軸垂直。平面反射鏡二3和自準直儀二1分別設(shè)置在第二擺軸5的兩端并位于其回轉(zhuǎn)軸線上，并通過相應(yīng)的調(diào)整機構(gòu)配合自準直儀將平面反射鏡二3的鏡面與第二擺軸5垂直。五棱鏡7設(shè)置在第一擺軸和第二擺軸5回轉(zhuǎn)軸線的交匯處，五棱鏡的其中一個透射面正對自準直儀二，另一個透射面正對平面反射鏡一。圖2所示標定裝置中光線傳播路徑為：自準直儀二→五棱鏡→平面反射鏡一→五棱鏡→自準直儀二；自準直儀二的出射光束和返回自準直儀的返回光束之間的正交偏差夾角即為第一擺軸和第二擺軸之間的正交偏差夾角。

利用本實用新型所提供的應(yīng)用于激光加工的正交雙擺軸標定裝置，標定第一擺軸和第二擺軸5的正交誤差的具體方法為：

1)在第一擺軸的兩端分別設(shè)置平面反射鏡一4和自準直儀一2，調(diào)整平面反射鏡一和自準直儀一的位置，使平面反射鏡一的鏡面與第一擺軸垂直，使自準直儀一的出射光束與第一擺軸回轉(zhuǎn)軸線平行；由自準直儀一2測量第一擺軸的回轉(zhuǎn)精度Δδ₁。

2)在第二擺軸5的兩端分別設(shè)置平面反射鏡二3和自準直儀二1，調(diào)整平面反射鏡二和自準直儀二的位置，使平面反射鏡二的鏡面與第一擺軸垂直，使自準直儀一的出射光束與第一擺軸回轉(zhuǎn)軸線平行；由自準直儀二1測量得到第二擺軸5的回轉(zhuǎn)精度Δδ₂。

3)將自準直儀一2和自準直儀二1的讀數(shù)清零，并且保持其各自位置不變。

4)在第二擺軸5和第一擺軸的交匯處設(shè)置五棱鏡7，調(diào)整使五棱鏡的其中一個透射面正對其中一個擺軸所對應(yīng)的自準直儀，使五棱鏡的另一個透射面正對另一個擺軸所對應(yīng)的平面反射鏡；

需要注意的是，五棱鏡7的安裝精度會影響本實用新型最終的標定精度，應(yīng)保證五棱鏡7的一個透射面與其中一個擺軸所對應(yīng)的自準直儀輸出光束垂直，另一個透射面與另一個擺軸所對應(yīng)的平面反射鏡鏡面平行。

5)步驟4)中的自準直儀的讀數(shù)即為第一擺軸和第二擺軸回轉(zhuǎn)軸線之間的正交偏差夾角

6)若步驟5)所得正交偏差夾角未達到被標定激光加工機床所要求的正交精度或者未達到本實用新型標定方法所能達到的最高測量精度，則根據(jù)正交誤差修研第一擺軸或第二擺軸接口法蘭修切圈；

本實用新型標定方法的最高測量精度按照以下方法計算：

本實用新型的測量誤差

其中，Δα為五棱鏡夾角誤差，一般為0.1″～0.2″；Δβ為自準直儀測量誤差，一般為0.1″～0.5″；若第一、二擺軸的轉(zhuǎn)精度Δδ₁、Δδ₂能達到1″，則本標定方法的測角誤差小于2.1″，最小測角誤差(也就是最高精度)能達到1.6″。

7)重復步驟1)～6)直至第一擺軸回轉(zhuǎn)軸線與第二擺軸5回轉(zhuǎn)軸線之間的正交誤差達到被標定激光加工機床要求的正交精度或者未達到本實用新型標定方法所能達到的最高測量精度為止。

參見圖3，基于上述正交雙擺軸標定方法，本實用新型還提供了一種激光加工機床中反射鏡的安裝調(diào)試方法，包括以下步驟：

首先采用步驟1)至步驟7)的方法使第一擺軸與第二擺軸5回轉(zhuǎn)軸線之間的正交偏差夾角達到被標定激光加工機床要求的正交精度，或者達到本實用新型所能達到的最高測量精度，然后將五棱鏡7移走，在第一擺軸和第二擺軸5的回轉(zhuǎn)軸線的交匯處安裝反射鏡，調(diào)整反射鏡的姿態(tài)，使自準直儀二1或自準直儀一2的讀數(shù)接近零，則反射鏡的入射光路和反射光路中有一路光與第二擺軸5平行，另一路光與第一擺軸平行，即反射鏡安裝調(diào)試到位，且反射鏡入射光路與出射光路分別與第一擺軸(或第二擺軸5)和第二擺軸5(第一擺軸)回轉(zhuǎn)時的平行誤差Δθ為：

最后，應(yīng)對被標定激光加工機床進行必要高低溫和振動試驗，以消除系統(tǒng)殘余應(yīng)力，重新測量第一擺軸和第二擺軸5之間的正交誤差，驗證被標定激光加工機床的正交雙擺軸之間的正交偏差夾角是否達到可靠性和穩(wěn)定性要求。