[發明專利]一種基于曲面基準件的二維位移測量方法

在審

• 申請號: 201710398101.2
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107289865A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 李杏華;邢艷蕾;房豐洲;黃銀國
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明涉及一種位移測量方法，特別是一種基于曲面基準件的二維位移測量方法。

背景技術

目前使用較為廣泛的機床誤差檢測儀器有激光干涉儀和球桿儀，由于自身檢測原理上的因素，這些儀器在應用于多軸數控機床的誤差檢測中存在各自的不足：如激光干涉儀調整復雜，一次測量只能獲得一個參數，操作要求高，難以實現自動化、快速化，并且價格昂貴，一般企業不具備；球桿儀無法隨意規劃測量路徑，為旋轉軸誤差辨識的測量步驟設計和理論解耦算法研究增加了難度，且球桿儀以磁力座配合精密球進行接觸式測量，需要在低速下運動以保證測量精度，很難適應快速化趨勢。

多軸數控機床的幾何誤差檢測項目主要包括運動軸的角度誤差、定位誤差、直線度誤差、垂直度誤差等，為了檢測運動軸的上述誤差量，提出了一種基于曲面基準件的二維位移測量方法。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基于曲面基準件的二維位移測量方法，采用該方法一次測量可以同時獲得運動部件兩個方向的位移。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種基于曲面基準件的二維位移測量方法，在沿Z軸設置的運動部件上安裝光學測頭，在與Z軸垂直的平臺上卡固曲面基準件，在所述曲面基準件上設有曲面陣列，運動部件位于所述曲面基準件的上方；所述光學測頭包括激光器、孔徑光闌、反射鏡、分光棱鏡、成像透鏡、CCD相機以及數據處理模塊，所述激光器發出的準直光束經所述孔徑光闌縮成細直光束，細直光束經所述反射鏡后入射到所述分光棱鏡中，1/2能量的反射光束投射到曲面陣列上的任意一點，該點反射的光束經所述分光棱鏡透射后，通過所述成像透鏡成像在所述CCD相機上；采用所述光學測頭和所述曲面基準件測量運動部件在X、Y兩個方向上的位移，具體步驟如下：1)通過標定得出光學測頭的光軸在CCD相機中的位置坐標O(x₀，y₀)，調整所述光學測頭的光束和所述曲面基準件上的曲面中心線平行；2)運動部件帶動光學測頭沿左右方向平移到第一位置A_I處，此時曲面陣列上對應的測量點為A₁(x₁，y₁，z₁)，所述數據處理模塊按照以下步驟進行數據處理：2.1)獲取CCD相機中成像光斑中心位置坐標A₁′(x₁′，y₁′)；2.2)將步驟2.1)中的光斑中心位置坐標A₁′(x₁′，y₁′)轉換為光斑中心距離光軸的距離S_1x、S_1y；2.3)計算測量點A₁斜率對應的角度：ξ_x＝arctan(s_1x/f)/2，ξ_y＝arctan(s_1y/f)/2，其中：ξ_x代表測量點A₁在XOZ平面內的切線與X軸方向的夾角；ξ_y代表測量點A₁在YOZ平面內的切線與Y軸方向的夾角；f代表成像透鏡的焦距；2.4)計算測量點A₁(x₁，y₁，z₁)的坐標：x₁＝g(ξ_x)，y₁＝g(ξ_y)，其中：g(x)代表一元函數；3)運動部件帶動光學測頭沿左右方向平移到第二位置A_II處，此時曲面陣列上對應的測量點為A₂(x₂，y₂，z₂)，數據處理過程同步驟2)，測量點A₂(x₂，y₂，z₂)的坐標為：x₂＝g(φ_x)，y₂＝g(φ_y)，其中：Φ_x代表測量點A₂在XOZ平面內的切線與X軸方向的夾角；Φ_y代表測量點A₂在YOZ平面內的切線與Y軸方向的夾角；4)數據處理模塊計算運動部件在X、Y兩個方向上的位移：M＝g(φ_x)-g(ξ_x)+P，N＝g(φ_y)-g(ξ_y)+Q，其中：M代表運動部件在X方向的位移；N代表運動部件在Y方向的位移；P代表第i個曲面和第j個曲面的中心線在X方向的距離；Q代表第i個曲面和第j個曲面的中心線在Y方向的距離。