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1、定位与测量系统,2020/8/31,2,前言,随着集成电路、微电子机械系统及现代机床加工技术的快速发展，对超精密加工、测量的要求越来越高，研制具有高精度的定位与测量系统对于机床传动误差、定位与重复定位精度的测量、校准以及零件加工精度的提高具有重要的意义。,定位与测量系统,2020/8/31,定位与测量系统,3,常见的定位与测量系统及工作原理,2020/8/31,4,双频激光干涉仪定位测量系统,激光干涉仪分为双频和单频两种，以英国雷尼绍公司生产的双频激光干涉仪测距系统最为先进，精度指标为：（1.100+-0.025）m。系统组成：ML10激光头，EC10环境补偿单元，空气、材料温度传感器，雷尼绍
2、激光干涉仪测量软件,定位与测量系统,2020/8/31,5,测量原理,从激光头发出的光束在线性干涉镜处分裂为两束相干光束，一束从附加在线性干涉镜上的反射镜反射回激光头，另一束经由另一个线性反射镜反射回激光头，通过激光头的干涉条纹计数电路来确定两个反射镜间的距离变化，并与被测机床的光栅读数相比较来确定定位精度和重复性误差。,定位与测量系统,2020/8/31,6,光栅尺位移定位测量系统,光栅是由光源、透镜、主光栅、标尺光栅和光电元件组成如图。在光源的照射下主光栅和标尺光栅线纹交叉点附近小区域内形成明暗相间的莫尔条纹。当标尺光栅相对主光栅沿垂直刻线移动时，莫尔条纹跟随其移动。莫尔条纹的光强度信号通
3、过光电元件转化为光电流，经放大、整形，形成脉冲。光栅输出信号一般为两路相角相差90的方波，因此可以通过记录这两路方波的个数来测量位移的方向和大小。,定位与测量系统,2020/8/31,7,电容传感器定位测量系统,电容式位移传感器属非接触测量，以极板间的电场力代替了测头与被测件的表面接触，而且由于极板间的电场力极其微弱，不会产生迟滞和变形，消除了接触式测量由于表面应力给测量带来的不利影响，适合动态测量。 采用电容测微仪组成的位置闭环控制系统，可以得到纳米级的定位分辨率。因此，电容传感器定位测量系统在纳米级检测、加工领域得到了广泛的应用,定位与测量系统,2020/8/31,8,平面编码器定位测量系
4、统,该传感器由1个角度栅格及2个角度传感器组成。每个角度传感器包括1个激光光源LD、1个偏振分光镜、1块多光孔板、自准直仪（1块透镜和1个象限光电探测器）。 （1）位移测量 平面编码器是利用激光测量平面粗糙度的原理将激光投射到表面形状已知的、由X及Y两个方向上的正弦曲线合成的AG上，通过一个AS分别测量运动物体的起点与终点两个测量点的X、Y向斜率，并与AG表面已知的斜率数据对比，处理后就能得到被测物体在X、Y方向上的位移。 （2）z测量 编码器通过使用2个AS来获得物体绕Z轴方向转动的微小角度，如图所示。z就是AB与AB之间的夹角。,定位与测量系统,2020/8/31,9,CCD定位测量系统,
5、采用CCD的定位测量系统测量的方法有3种： （1）用两个CCD来测量移动物体的角度变化来求出物体的位置。 （2）利用光三角反射非接触原理，由激光器发出的光束经聚焦，投射到测量体表面。并通过透镜成像折射到CCD上。CCD经信号处理后输出的电压与位移成正比，通过读取电压就可以得到物体的位移。 （3）采用CCD取代双频激光干涉仪中的光电检测器。通过测量在CCD上成像的干涉条纹光强来计算光的相位变化，并根据光的相位变化与物体位移成正比这一关系求出位移。,定位与测量系统,2020/8/31,定位与测量系统,10,关键技术及发展现状,2020/8/31,11,单场扫描技术,新型的单场扫描技术，其扫描掩膜带
6、一个大尺寸光栅，其栅距与光栅标尺的栅距略有不同。特制的栅状感光元件取代了独立感光元件，生成四个相位差为90的扫描信号。,定位与测量系统,2020/8/31,12,绝对式测量技术,所谓绝对式测量是相对于增量式测量而言的。增量式测量设备通过对光栅探头扫描过的栅线进行计数来获得相对运动的距离数据。为了获得绝对位置，增量式测量设备在开机后须执行过参考点动作。 而绝对式测量设备以不同宽度、不同间距的栅线将绝对位置数据以编码形式直接制作到测量设备中，测量设备开机后立刻可以提供绝对位置信息，无需执行过参考点动作。 其主要优点有：（1）缩短机床非生产时间；（2）提高机床可靠性；（3）提高机床安全性,定位与测量
7、系统,2020/8/31,13,立体视觉系统和CMM的组合,SAED等人应用两个CCD相机用于获取零件的正视图。应用机器视觉系统捕获零件的5个正视图。这些图像经过图像处理获取边界，以2D工程制图的形式创建五视图，这些2D图用于产生NC代码驱动CMM触发探针捕获零件表面精确的点坐标。,定位与测量系统,2020/8/31,14,激光扫描系统与CMM的组合,2001年Bradley和Chan把激光测头和接触式测头集成到测量机的Z轴臂上。激光测头具有较高数据采集率，可以用于整体自由曲面的数字化，接触式测头用于精确定义边界轮廓以及定义点云的分割边界，测得的数据分别输入到工作站中进行处理和建模。,定位与测量系统,2020/8/31,15,结构光三维视觉系统与CMM的组合,2005年青岛海洋大学的解则晓等人开发了多测头测量系统，系统由三坐标测量机、结构光传感器、触发式测头和旋转工作台组成。结构光传感器用于扫描零件的轮廓，触发式探针用于测量零件的边缘和关键特征以及盲区。旋转的工作台用于不同角度点云的获取。,定位与测量系统,2020/8/31,16,定位与测量系统的市场状况,定位与测量系统,感谢观映,
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