[發明專利]一種無基準孔系同軸度誤差測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 201410525693.6
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104316001A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 余厚云;趙轉萍;陸永華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種無基準孔系同軸度誤差測量系統，其特征在于，包括自定心三爪測頭、PSD傳感器、雙軸傾角傳感器、激光器、四維工作臺、信號采集模塊、工作臺控制模塊和中央控制模塊；

所述激光器安裝在所述四維工作臺上，用于發出準直激光束；

所述工作臺控制模塊用于控制四維工作臺上的激光器平移和旋轉，進而調整準直激光束的位置和方向；

所述PSD傳感器設置在所述自定心三爪測頭前端，其中心在所述自定心三爪測頭的軸線上，且光敏面與所述自定心三爪測頭的軸線垂直，用于檢測投射在其上的準直激光束的光斑中心位置；

所述雙軸傾角傳感器設置在所述自定心三爪測頭內，且對稱地處于所述自定心三爪測頭的軸線上，用于測量自定心三爪測頭與水平面之間的俯仰角度和滾動角度；

所述信號采集模塊用于采集PSD傳感器和雙軸傾角傳感器的信號，并傳遞給中央控制模塊；

所述中央控制模塊用于發送指令給工作臺控制模塊，同時根據PSD傳感器和雙軸傾角傳感器的信號計算無基準孔系同軸度誤差。

2.根據權利要求1所述的無基準孔系同軸度誤差測量系統，其特征在于，所述PSD傳感器為二維PSD。

3.基于權利要求1所述的無基準孔系同軸度誤差測量系統的測量方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟1)，采用激光器發出準直激光束穿過被測孔系零件首尾孔的中心位置，以激光器的出射點作為絕對坐標系的原點O、準直激光束為絕對坐標系的Z軸，在過原點O的水平面內作OZ的垂直線OX為絕對坐標系的X軸，同時，根據右手定則確定絕對坐標系的Y軸，建立絕對坐標系；

步驟2)，自定心三爪測頭伸入被測孔系零件需要進行誤差測量的測量孔中進行定位；

步驟3)，采用PSD傳感器將投射在其上的準直激光束的光斑中心位置傳遞給中央控制模塊；

步驟4)，采用雙軸傾角傳感器將自定心三爪測頭與水平面之間的俯仰角度和滾動角度傳遞給中央控制模塊；

步驟5)，中央控制模塊根據自定心三爪測頭與水平面之間的俯仰角度和滾動角度，以及準直激光束投射在PSD傳感器上的光斑中心位置計算出所述測量孔中心在絕對坐標系中的坐標；

步驟6)，重復步驟2)至步驟5)，直至所述被測孔系零件的所有需要被測量的孔中心均被計算出在絕對坐標系中的坐標；

步驟7)，根據所述被測孔系零件的所有測量孔中心坐標，采用最小區域法評定出孔系零件的同軸度誤差。

4.基于權利要求1所述的無基準孔系同軸度誤差測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟1)的詳細步驟如下：

步驟1.1)，被測孔系零件固定后，將自定心三爪測頭伸入孔系零件的首孔進行定位；

步驟1.2)，采用激光器發出準直激光束照射在自定心三爪測頭上的PSD傳感器上，PSD傳感器將投射在其上的準直激光束的光斑中心位置傳遞給中央控制模塊；

步驟1.3)，中央控制模塊通過工作臺控制模塊調整激光器，使得準直激光束投射在PSD傳感器的中心位置，即使得準直激光束投射在首孔的中心位置；

步驟1.4)，自定心三爪測頭伸入被測孔系零件的尾孔進行定位；

步驟1.5)，中央控制模塊通過工作臺控制模塊調整激光器，使得準直激光束穿過首孔中心位置的同時，投射在PSD傳感器的中心位置；

步驟1.6)，以激光器的出射點作為絕對坐標系的原點O、準直激光束為絕對坐標系的Z軸，在過原點O的水平面內作OZ的垂直線OX為絕對坐標系的X軸，同時，根據右手定則確定絕對坐標系的Y軸，建立絕對坐標系OXYZ。

5.基于權利要求1所述的無基準孔系同軸度誤差測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟5)的詳細步驟如下：

步驟5.1)，以PSD傳感器的中心為測量坐標系的原點O′、PSD傳感器的橫軸為測量坐標系的X′軸、PSD傳感器的縱軸為測量坐標系的Y′軸，再根據右手定則確定測量坐標系的Z′軸，建立測量坐標系O′X′Y′Z′；

步驟5.2)，根據雙軸傾角傳感器測得的自定心三爪測頭與水平面之間的俯仰角度和滾動角度，分別確定測量坐標系繞絕對坐標系的X軸、Y軸和Z軸旋轉的三個歐拉角、θ和ψ；

步驟5.3)，根據準直激光束投射在PSD傳感器上的光斑中心位置在測量坐標系下的坐標(X′,Y′,Z′)及其在絕對坐標系下的坐標(X,Y,Z)，計算出測量坐標系原點O′在絕對坐標系下的坐標(t_x,t_y,t_z)，計算關系如下：

其中，(X′,Y′)為PSD傳感器測得的光斑中心坐標，Z′＝0；

X＝Y＝0；

Z近似取t_z的值，由一般的通用儀器測出。