[發明專利]一種大尺寸平面度的在位測量方法

有效

• 申請號: 201410249777.1
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN103983219B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 李杰;吳時彬;曹學東;朱文;楊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于精密測量領域，涉及一種大尺寸平面度高精度測量方法，尤其適用于加工過程中大尺寸平面度的高精度在位檢測。

背景技術

大尺寸平面是指幾米乃至幾十米的平面，相比于常規尺寸，大型工件難以移動，因此檢測場合已經從計量實驗室轉向干擾因素眾多的大型工業制造現場，測量設備、系統必須在現場進行組建、校準和量值傳遞。同時，極高的測量精度需求(微米級)、被測對象多樣性、測量效率等也是進行大尺寸平面度測量時所面對的重要挑戰，因此大尺寸平面度精密測量技術也一直是學術界、工業界關注和追求的目標。當前發展勢頭最好的幾個重裝技術及應用領域，如地基大型天文望遠鏡、電力能源設備制造及安裝、船舶制造等，都對大尺寸平面度精密測量技術提出了迫切需求。在重大技術裝備涉及的關鍵技術中，大尺寸平面度精密測量技術是其中的基礎支撐技術之一，它為系統設計、制造工藝改進與完善、質量保證以及運行安全提供了必須的測量數據支持。

從文獻調研情況來看，大尺寸平面度主要有以下幾種測量方法：

利用三坐標測量機測量平面度具有較高的測量精度和相對較大的檢測范圍，可以編程自動完成測量，但僅可在實驗室條件下對可移動工件進行測量并且儀器成本非常昂貴。

激光跟蹤儀是基于球坐標原理的柔性坐標測量儀器，通過測量儀器原點至靶標的距離及相對水平、俯仰角度，得到靶標的相對空間坐標位置。利用激光跟蹤儀測量大尺寸平面度的方法具體又可分為單站激光跟蹤儀法及多站激光跟蹤儀法。單站激光跟蹤儀法即利用激光跟蹤儀球坐標測量功能直接測量平面度，這種測量方法相對來說較為簡單，但往往受限于其測角誤差，精度較差。多站激光跟蹤儀法基于多邊原理解算空間坐標，具備潛在的精度，但需要4臺以上的激光跟蹤儀同時進行測量，檢測成本較高；同時該測量方法對各激光跟蹤儀布站位置有嚴格的限制條件，檢測過程相對復雜，還需進一步進行研究。

轉臺-旋臂法依靠高精度轉臺及懸臂產生“理論”平面，并采用測微儀接觸待測表面獲取各點高差信息，通過數據處理獲取平面度。這種檢測方法相對比較簡單，精度較高，適用于環狀面平面度檢測；在整面檢測時校正、拼接程序較為復雜；同時在大尺寸檢測時，由于懸臂過長會影響機械穩定性，進而損失測量精度。

三點支承法以被測表面自為基準，不需要與任何基準相比較。該方法操作方便，檢測結果直觀，特別適合于加工人員使用，但是測量大圓環面時，機械工裝質量較大不易操作，且該方法只能測量一個環帶。

液面測量法基于連通器等高原理，通過測量兩個容器液面高度差變化進而計算平面度，是一種低成本的測量方法。液面測量法受溫度等環境因素影響較大，液面穩定時間隨著容器間的距離拉大不斷增加，所以液面法測量效率、精度較低；同時液面法的使用約束條件較為嚴格，要求被測件調平，不能廣泛應用。

水平儀-跨橋法是一種基于斜率測量平面度的方法，將固定有水平儀的橋板置于被測平面上，按一定的布點形式首尾銜接地拖動橋板，測出被測平面上相鄰兩點連線相對測量基面的傾斜角，通過數據處理求出平面度。該方法適用于大、中型平面的平面度誤差測量，精度較高；不足之處是測量效率較低，僅可測量連續型平面。

綜上所述，現有的大尺寸平面度檢測方法由于適用尺寸、效率、精度、成本、技術等原因，已無法滿足亟待解決的檢測任務和測量難題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了克服現有技術存在的不足，本發明提供一種基于雙站激光跟蹤儀高精度的大尺寸平面度的在位測量方法。

(二)技術方案

為達成所述目的，本發明提供的一種基于雙站激光跟蹤儀的大尺寸平面度的在位測量方法，解決問題的技術方案是通過以下步驟完成：

步驟S1：在被測平面附近布置兩站激光跟蹤儀，且兩站激光跟蹤儀之間相對被測平面具有一高度差；

步驟S2：對兩站激光跟蹤儀的系統誤差進行自校準；

步驟S3：將兩站激光跟蹤儀位于被測平面附近不同的兩位置，并分別測量被測平面上相同被測點的坐標，分別得到兩站激光跟蹤儀的第一位置坐標數據和第二位置坐標數據；

步驟S4：使用第一位置坐標數據對第二位置坐標數據進行誤差補償，得到補償后的坐標數據；

步驟S5：對補償后的坐標數據進行計算，獲得被測平面的平面度。

(三)有益效果