[發明專利]圓光柵安裝時產生二維微小角度的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201310671526.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103884270A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 于連棟;魯思穎;李維詩;鄧華夏;夏豪杰;張煒;趙會寧;韓麗玲
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01B11/26
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及二維微小角度測量技術領域，尤其涉及一種圓光柵安裝時產生二維微小角度的測量裝置及方法?。?

背景技術

旋轉關節是坐標測量機測量臂的主要組成部分，其回轉精度誤差作為坐標測量機的主要隨機誤差之一，對測量精度有很大的影響。而旋轉關節的轉動角度由圓光柵測得，因此，圓光柵的安裝對測量結果起到至關重要的作用。圓光柵由光柵固定片安裝在軸的上端面，用于測量旋轉關節的轉動角度。安裝時，圓光柵通過螺釘固定在固定片上，固定片中間有一個中心孔，當圓光柵的安裝平面達到安裝要求后（在平面度基準內千分表讀數控制在10um），向固定片中心孔注入膠水，從而固定圓光柵的位置。?

??????這種安裝方法方便調整圓光柵的位置，同時便于其拆卸。然而安裝的圓光柵必然會產生微小角度的偏移，由坐標測量機的結構及其運動模式，圓光柵會產生兩個方向（俯仰角、偏擺角）的微小偏移角度，這兩個角度對測量精度造成了很大影響，因此必須修正。?

目前二維微小角度測量技術比較成熟的多為光學測角法。如激光干涉法、自準直儀法、內反射法等。這些方法均為非接觸式測量，精度較高，然而這些測量系統結構較復雜，體積較大，且沒有針對軸端面與軸徑方向二維微小角度的高精度測量方法。也難以實現機械加工過程的在線測量。考慮到坐標測量機的結構，很難實現圓光柵安裝的二維微小角度測量。?

發明內容

本發明的目的是為了解決雙關節坐標測量機圓光柵安裝過程中產生俯仰或偏擺時的二維微小角度測量問題，提供了一種高精度、結構簡單的測量裝置。本發明方法基于電感式位移傳感器，結合激光瞄準系統，能夠輕松準確的檢測出圓光柵安裝過程中產生的二維偏轉角度。?

本發明是通過以下技術方案來實現的：?

一種圓光柵安裝時產生二維微小角度的測量裝置，其特征在于：包括有相互??配合的夾持定位調整裝置和激光發生裝置，所述夾持定位調整裝置包括有固定安裝在工作臺上的拱形門，所述拱形門的側柱及橫梁確定的兩維正交方向上分別安裝有電感測頭，所述拱形門的正下方設有橫穿的底座，所述底座上鋪設有兩平行的直線導軌，所述導軌上配合安裝有滑塊，所述滑塊的上端面設有V型槽，所述V型槽的底端面通過球面支撐安裝有活動塊，所述活動塊的與V型槽的低端面和一側的內側壁之間分別放置有壓電陶瓷片，活動塊與V型槽與另一側的內側壁之間的對應位置放置有彈簧；所述激光發生裝置包括有安裝在工作臺上且位于導軌延長線方向上的激光發射器，所述激光發射器所產生的激光束平行于直線導軌，垂直于激光束和導軌與拱形門所在平面，且激光束經過安裝在激光發生裝置上的光屏中心的通光孔，在光屏的背光面是感光面，所述感光面覆蓋除通光孔外光屏上的全部面積。

所述的兩條平行直線導軌穿過拱形門中間，且垂直于拱形門所在平面，所述滑塊置于導軌上可實現一維直線運動，待測軸順著導軌方向夾裝在可對其實現二維角度微調的活動塊上。?

所述的圓光柵安裝時產生二維微小角度測量裝置的測量方法，其特征在于：測量時，先將待測軸安裝在活動塊的V型槽上，移動滑塊在直線導軌上移動，使電感測頭的測量點位于待測端面近端，此時激光束照射在軸端面的圓光柵上，光柵面上的反光介質具有反射作用將激光束反射回去，反射光如果沒有通過通光孔則會投射到光屏背面的感光面上，從而使感光面輸出電信號；調節滑塊上拱形門上的正交二維方向上的壓電陶瓷片，改變軸端面的二維角度即可改變反射光光路，當感光面上正交二維方向的輸出信號都為零時則表明反射光束通過通光孔返回光源，此時圓光柵與激光束高度垂直，至此瞄準操作完成，瞄準完成后控制電感測頭在當前位置測量，得到初始位移；然后移動滑塊令電感測頭測量點位于待測軸端面遠端，再次測量獲得位移量；根據兩個維度上兩次測量得到的位移差值結合兩次測量軸側面的位移量可算出待測軸軸徑方向相對于圓光柵安裝端面的二維角度，此角度也就是圓光柵安裝端面相對于軸徑方向的二維角度。?

本發明的優點是：?

本發明實現了圓光柵安裝二維微小角度的測量，避免了現有光學測角方法的復雜結構，同時解決了現有角度測量方法無法直接應用于軸端面相對軸徑方向二維微小角度測量的問題。可直接應用于坐標測量機圓光柵安裝二維微小角度的測量，實現機械加工過程的在線測量，測量精度較高。

該方法將二維微小角度測量轉換為二維位移量測量，轉換過程具有放大效果，同時位移測量技術已非常成熟精度非常高。通過高精度的位移測量推算二維微小角度值，方法新穎效率較高。?

附圖說明

圖1?為本發明激光瞄準示意圖。?