本發(fā)明涉及機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件懸浮驅(qū)動(dòng)的激光制導(dǎo)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在機(jī)械加工領(lǐng)域中，由于機(jī)床機(jī)械導(dǎo)軌變形引起的運(yùn)動(dòng)誤差往往會(huì)影響加工精度，而機(jī)械導(dǎo)軌常受到機(jī)械變形、熱變形、加工誤差的影響，隨著懸浮技術(shù)(如磁懸浮、靜壓懸浮)逐漸成熟，為運(yùn)動(dòng)部件與機(jī)床機(jī)械導(dǎo)軌之間的無接觸支撐提供了可能，使得運(yùn)動(dòng)部件的軌跡不再依賴于機(jī)械導(dǎo)軌，通過對(duì)已有專利的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前還沒有激光導(dǎo)軌對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行懸浮驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向和控制的激光制導(dǎo)系統(tǒng)，利用激光準(zhǔn)直特性，結(jié)合采取主動(dòng)控制策略的懸浮技術(shù)，為機(jī)床懸浮部件進(jìn)給的信息化制導(dǎo)提供了方便和可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件懸浮驅(qū)動(dòng)的激光制導(dǎo)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件懸浮驅(qū)動(dòng)的激光制導(dǎo)系統(tǒng)，包括一號(hào)激光器、二號(hào)激光器和運(yùn)動(dòng)部件，所述一號(hào)激光器和二號(hào)激光器上分別設(shè)有一號(hào)激光器微調(diào)裝置和二號(hào)激光器微調(diào)裝置，所述一號(hào)激光器激光發(fā)射方向安置有一號(hào)光學(xué)接收器，二號(hào)激光器激光發(fā)射方向安置有二號(hào)光學(xué)接收器，且一號(hào)激光器與二號(hào)激光器所發(fā)射激光平行等高并設(shè)有間距，所述一號(hào)光學(xué)接收器和二號(hào)光學(xué)接收器輸出端均與光學(xué)導(dǎo)軌控制單元輸入端電連接，所述光學(xué)導(dǎo)軌控制單元輸出端分別與一號(hào)激光器微調(diào)裝置和二號(hào)激光器微調(diào)裝置電連接，所述運(yùn)動(dòng)部件上設(shè)有一級(jí)一號(hào)分光鏡、二級(jí)一號(hào)分光鏡、一級(jí)二號(hào)分光鏡和二級(jí)二號(hào)分光鏡，所述一級(jí)一號(hào)分光鏡、二級(jí)一號(hào)分光鏡、一級(jí)二號(hào)分光鏡和二級(jí)二號(hào)分光鏡呈兩行兩列矩陣排列，一級(jí)一號(hào)分光鏡與二級(jí)一號(hào)分光鏡同行，一級(jí)二號(hào)分光鏡與二級(jí)二號(hào)分光鏡同行，一級(jí)一號(hào)分光鏡與一級(jí)二號(hào)分光鏡同列，二級(jí)一號(hào)分光鏡與二級(jí)二號(hào)分光鏡同列，且兩行間距與一號(hào)激光器和二號(hào)激光器發(fā)出的兩路激光間距相同，所述一級(jí)一號(hào)分光鏡反射出射光線順時(shí)針45度角方向設(shè)有一號(hào)反光鏡，且一號(hào)反光鏡反射光線方向設(shè)有一號(hào)光學(xué)傳感器，所述一級(jí)二號(hào)分光鏡反射出射光線逆時(shí)針45度角方向設(shè)有二號(hào)反光鏡，且二號(hào)反光鏡反射光線方向設(shè)有二號(hào)光學(xué)傳感器，所述二級(jí)一號(hào)分光鏡反射出射光線順時(shí)針45度角方向設(shè)有三號(hào)反光鏡，且三號(hào)反光鏡反射光線方向設(shè)有三號(hào)光學(xué)傳感器，所述二級(jí)二號(hào)分光鏡反射出射光線逆時(shí)針45度角方向設(shè)有四號(hào)反光鏡，且四號(hào)反光鏡反射光線方向設(shè)有四號(hào)光學(xué)傳感器，所述一號(hào)光學(xué)傳感器、二號(hào)光學(xué)傳感器、三號(hào)光學(xué)傳感器和四號(hào)光學(xué)傳感器輸出端均與信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)電連接，所述信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)輸出端與運(yùn)動(dòng)部件的懸浮和進(jìn)給裝置電連接。

優(yōu)選的，所述光學(xué)導(dǎo)軌控制單元中控制器采用單片機(jī)或fpga嵌入式計(jì)算機(jī)。

優(yōu)選的，所述信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)采用pid或滑模變結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制算法。

優(yōu)選的，所述信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)中控制器采用dsp或fpga嵌入式計(jì)算機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中兩個(gè)激光器產(chǎn)生的兩路高準(zhǔn)直激光導(dǎo)軌，分別通過安置于運(yùn)動(dòng)部件上的兩級(jí)分光裝置實(shí)現(xiàn)透射和反射，透射光線由光學(xué)導(dǎo)軌控制單元接收并控制激光器微調(diào)裝置調(diào)整兩個(gè)激光器的空間角度和位移，使兩路激光導(dǎo)軌滿足系統(tǒng)導(dǎo)向精度要求；而通過兩級(jí)分光裝置的反射光線則平行于激光導(dǎo)軌，由安裝于運(yùn)動(dòng)部件的四個(gè)光學(xué)傳感器接收，并由處理電路獲得激光光斑的位置坐標(biāo)，發(fā)送給信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)，信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)通過控制運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和懸浮高度，以保持運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)過程中激光光斑坐標(biāo)不變，實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)軌對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，不受機(jī)床機(jī)械支承部件機(jī)械變形、熱變形、加工誤差等影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件高精度直線運(yùn)動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作流程示意圖ⅰ；

圖2為本發(fā)明的工作流程示意圖ⅱ。

圖中：1、一號(hào)激光器，2、二號(hào)激光器，3、一號(hào)激光器微調(diào)裝置，4、二號(hào)激光器微調(diào)裝置，5、一級(jí)一號(hào)分光鏡，6、一級(jí)二號(hào)分光鏡，7、二級(jí)一號(hào)分光鏡，8、二級(jí)二號(hào)分光鏡，9、一號(hào)反光鏡，10、二號(hào)反光鏡，11、三號(hào)反光鏡，12、四號(hào)反光鏡，13、一號(hào)光學(xué)傳感器，14、二號(hào)光學(xué)傳感器，15、三號(hào)光學(xué)傳感器，16、四號(hào)光學(xué)傳感器，17、一號(hào)光學(xué)接收器，18、二號(hào)光學(xué)接收器，19、光學(xué)導(dǎo)軌控制單元、20、運(yùn)動(dòng)部件，21、信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-2，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件懸浮驅(qū)動(dòng)的激光制導(dǎo)系統(tǒng)，包括一號(hào)激光器1、二號(hào)激光器2和運(yùn)動(dòng)部件20，所述一號(hào)激光器1和二號(hào)激光器2上分別設(shè)有一號(hào)激光器微調(diào)裝置3和二號(hào)激光器微調(diào)裝置4，所述一號(hào)激光器1激光發(fā)射方向安置有一號(hào)光學(xué)接收器17，一號(hào)光學(xué)接收器17輸入端接收一號(hào)激光器1發(fā)出的激光信號(hào)，二號(hào)激光器2激光發(fā)射方向安置有二號(hào)光學(xué)接收器18，二號(hào)光學(xué)接收器18輸入端接收二號(hào)激光器2發(fā)出的激光信號(hào)，且一號(hào)激光器1與二號(hào)激光器2所發(fā)射激光平行等高并設(shè)有間距，一號(hào)激光器1與二號(hào)激光器2產(chǎn)生的兩路高準(zhǔn)直激光為運(yùn)動(dòng)部件20提供了滑行導(dǎo)軌，且兩路激光導(dǎo)軌之間的間距略小于運(yùn)動(dòng)部件20的寬度，保證兩路激光能夠通過設(shè)置在運(yùn)動(dòng)部件上的四個(gè)分光鏡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件20根據(jù)激光導(dǎo)軌調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，所述一號(hào)光學(xué)接收器17和二號(hào)光學(xué)接收器18輸出端均與光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19輸入端電連接，光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19采用fpga，fpga輸入端獲得兩路激光導(dǎo)軌的空間角度和位移，所述光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19輸出端分別與一號(hào)激光器微調(diào)裝置3和二號(hào)激光器微調(diào)裝置4電連接，fpga根據(jù)兩路激光導(dǎo)軌的精度要求產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)并控制一號(hào)激光器微調(diào)裝置3和二號(hào)激光器微調(diào)裝置4分別對(duì)一號(hào)激光器1和二號(hào)激光器2進(jìn)行空間角度和位移的調(diào)整，保證兩路激光導(dǎo)軌平行等高并有理想間距，所述運(yùn)動(dòng)部件20上設(shè)有一級(jí)一號(hào)分光鏡5、二級(jí)一號(hào)分光鏡7、一級(jí)二號(hào)分光鏡6和二級(jí)二號(hào)分光鏡8，所述一級(jí)一號(hào)分光鏡5、二級(jí)一號(hào)分光鏡7、一級(jí)二號(hào)分光鏡6和二級(jí)二號(hào)分光鏡8呈兩行兩列矩陣排列，一級(jí)一號(hào)分光鏡5與二級(jí)一號(hào)分光鏡7同行，一級(jí)二號(hào)分光鏡6與二級(jí)二號(hào)分光鏡8同行，一級(jí)一號(hào)分光鏡5與一級(jí)二號(hào)分光鏡6同列，二級(jí)一號(hào)分光鏡7與二級(jí)二號(hào)分光鏡8同列，且兩行間距與一號(hào)激光器1和二號(hào)激光器2發(fā)出的兩路激光間距相同，保證一號(hào)激光器1發(fā)射的激光能夠通過一級(jí)一號(hào)分光鏡5和二級(jí)一號(hào)分光鏡7，二號(hào)激光器2發(fā)射的激光能夠通過一級(jí)二號(hào)分光鏡6和二級(jí)二號(hào)分光鏡8，所述一級(jí)一號(hào)分光鏡5反射出射光線順時(shí)針45度角方向設(shè)有一號(hào)反光鏡9，使一號(hào)反光鏡9的反射光線與一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光平行，且一號(hào)反光鏡9反射光線方向設(shè)有一號(hào)光學(xué)傳感器13，一號(hào)光學(xué)傳感器13輸入端接收一號(hào)反光鏡9的反射光線，所述一級(jí)二號(hào)分光鏡6反射出射光線逆時(shí)針45度角方向設(shè)有二號(hào)反光鏡10，使二號(hào)反光鏡10的反射光線與二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光平行，且二號(hào)反光鏡10反射光線方向設(shè)有二號(hào)光學(xué)傳感器14，二號(hào)光學(xué)傳感器14輸入端接收二號(hào)反光鏡10的反射光線，所述二級(jí)一號(hào)分光鏡7反射出射光線順時(shí)針45度角方向設(shè)有三號(hào)反光鏡11，使三號(hào)反光鏡11的反射光線與一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光平行，且三號(hào)反光鏡11反射光線方向設(shè)有三號(hào)光學(xué)傳感器15，三號(hào)光學(xué)傳感器15輸入端接收三號(hào)反光鏡11的反射光線，所述二級(jí)二號(hào)分光鏡8反射出射光線逆時(shí)針45度角方向設(shè)有四號(hào)反光鏡12，使四號(hào)反光鏡12的反射光線與二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光平行，且四號(hào)反光鏡12反射光線方向設(shè)有四號(hào)光學(xué)傳感器16，四號(hào)光學(xué)傳感器16輸入端接收四號(hào)反光鏡12的反射光線，所述一號(hào)光學(xué)傳感器13、二號(hào)光學(xué)傳感器14、三號(hào)光學(xué)傳感器15和四號(hào)光學(xué)傳感器16輸出端均與信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21電連接，所述信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21輸出端與運(yùn)動(dòng)部件20的懸浮和進(jìn)給裝置電連接，信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21中的處理器如dsp對(duì)接收到的四個(gè)光學(xué)傳感器發(fā)送的處理信號(hào)進(jìn)行模數(shù)采樣，并經(jīng)過處理器的運(yùn)算單元將控制信號(hào)輸出給運(yùn)動(dòng)部件20的懸浮和進(jìn)給裝置，從而實(shí)現(xiàn)兩路激光導(dǎo)軌對(duì)運(yùn)動(dòng)部件20進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。

具體而言，所述光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19中控制器采用單片機(jī)或fpga等嵌入式計(jì)算機(jī)。

具體而言，所述信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21采用pid或滑模變結(jié)構(gòu)等閉環(huán)控制算法。

具體而言，所述信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21中控制器采用dsp或fpga等嵌入式計(jì)算機(jī)。

工作原理：一號(hào)激光器1和二號(hào)激光器2分別產(chǎn)生兩路高準(zhǔn)直激光導(dǎo)軌，一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌通過一級(jí)一號(hào)分光鏡5和二級(jí)一號(hào)分光鏡7分光成透射和反射兩路光線，二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌通過一級(jí)二號(hào)分光鏡6和二級(jí)二號(hào)分光鏡8也分光成透射和反射兩路光線，且兩路激光導(dǎo)軌分光后的透射光線繼續(xù)沿直線傳播，一號(hào)光學(xué)接收器17和二號(hào)光學(xué)接收器18輸入端分別接收一號(hào)激光器1和二號(hào)激光器2分光后的透射激光信號(hào)，一號(hào)光學(xué)接收器17和二號(hào)光學(xué)接收器18的輸出端均將接收到的透射激光信號(hào)發(fā)送給光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19，光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19即獲得兩路激光導(dǎo)軌的空間角度和位移，同時(shí)，光學(xué)導(dǎo)軌控制單元19根據(jù)兩路激光導(dǎo)軌的精度要求產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)并控制一號(hào)激光微調(diào)裝置3和二號(hào)激光微調(diào)裝置4分別對(duì)一號(hào)激光器1和二號(hào)激光器2的空間角度、位移進(jìn)行調(diào)整，保證兩路激光導(dǎo)軌平行等高，并設(shè)有理想間距，使兩路激光導(dǎo)軌滿足精度要求；

一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌通過一級(jí)一號(hào)分光鏡5反射后的出射光線將偏轉(zhuǎn)90度，偏轉(zhuǎn)后的激光經(jīng)過45度角偏置的一號(hào)反光鏡9反射，再次偏轉(zhuǎn)90度，從而與一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌平行，經(jīng)一號(hào)反光鏡9反射的反射光線被一號(hào)光學(xué)傳感器13接收，并通過處理電路獲得激光光斑的位置坐標(biāo)，一號(hào)光學(xué)傳感器13輸出端將接收到的激光信號(hào)發(fā)送給信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21，信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21中的處理器如dsp通過模數(shù)轉(zhuǎn)換功能對(duì)一號(hào)光學(xué)傳感器13發(fā)送的激光信號(hào)進(jìn)行采樣，并通過處理器中的運(yùn)算單元將控制信號(hào)輸出給運(yùn)動(dòng)部件20的懸浮和進(jìn)給裝置，同理，一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌在二級(jí)一號(hào)分光鏡7和三號(hào)反光鏡11作用下產(chǎn)生反射光線，且該反射光線與一號(hào)激光器1產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌平行，三號(hào)光學(xué)傳感器15接收該反射光線并發(fā)送給信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21，二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌在一級(jí)二號(hào)分光鏡6和二號(hào)反光鏡10作用下產(chǎn)生反射光線，且該反射光線與二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌平行，二號(hào)光學(xué)傳感器14接收該反射光線并發(fā)送給信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21，二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌也在二級(jí)二號(hào)分光鏡8和四號(hào)反光鏡12作用下產(chǎn)生發(fā)射光線，且該反射光線與二號(hào)激光器2產(chǎn)生的激光導(dǎo)軌平行，四號(hào)光學(xué)傳感器16接收該發(fā)射光線并發(fā)送給信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21，在運(yùn)動(dòng)部件20運(yùn)動(dòng)過程中，由于運(yùn)動(dòng)部件20在與兩路激光導(dǎo)軌平行的直線上運(yùn)動(dòng)，并且運(yùn)動(dòng)部件20上的四個(gè)光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)部件20的位置，并把接收到的兩路激光導(dǎo)軌經(jīng)分光器與反光鏡作用下產(chǎn)生的反射光線的處理信號(hào)發(fā)送給信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21，信息制導(dǎo)控制系統(tǒng)21中的處理器如dsp對(duì)接收到的四個(gè)光學(xué)傳感器發(fā)送的處理信號(hào)進(jìn)行模數(shù)采樣，并經(jīng)過處理器的運(yùn)算單元將控制信號(hào)輸出給運(yùn)動(dòng)部件20的懸浮和進(jìn)給裝置，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件20在運(yùn)動(dòng)過程中，四個(gè)光學(xué)傳感器給出的激光光斑坐標(biāo)不變，實(shí)現(xiàn)兩路激光導(dǎo)軌對(duì)運(yùn)動(dòng)部件20進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。