[發明專利]一種多測頭安裝角度的調節裝置、測量和補償方法

有效

• 申請號: 201711236549.0
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108319299B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 石照耀;王濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G01D21/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種多測頭安裝角度的調節裝置、測量和補償方法，屬于精密測試技術及儀器技術和試驗技術領域。測量裝置由左右調節和測量系統組合而成，左右測量系統分別安裝有兩組長光柵，同軸安裝且各自通過精密絲杠獨立運轉，可測得各自獨立的變動位移量，從而通過邊角關系轉換精確得到安裝角度。本發明同時提出了具體角度測量的裝置和方法。本發明克服了非接觸激光測量和試驗中多個測頭安裝角度自適應性差和裝置零部件自身制造誤差的問題，本發明中只需要通過輸入左右測頭所需的角度參數值就可以自動精確的調整安裝角度，在調整過程中，提出了自適應粗調和精調的方法，采用本發明的測量方法后可以自動對制造誤差引起的角度偏差進行補償。

技術領域

本發明涉及一種兩個非接觸式激光測頭對機械零部件進行精密測量時，測頭安裝角度可自動調節的裝置、角度測量和誤差補償方法，屬于精密測試技術及儀器技術和試驗技術領域。

背景技術

角度是精密測試中重要的參數之一，角度在國防工業、科學研究和機械制造等領域中屬于不可或缺的基礎指標。采用非接觸式光學測量儀器對機械復雜曲面的零部件進行測量時，根據其測量原理往往對被測表面以一定的角度投射激光，即需要在開始測量之前調整多個測頭空間角度參數，使其符合測量的算法要求又滿足測頭有效量程內。通常采用兩個甚至多個激光測頭，對表面復雜而又呈現對稱變化規律性質的對象進行測量，如各種類型的齒輪，軸承，蝸輪蝸桿等。為了敘述方便，本文中將上述非接觸激光測頭統稱為測頭。多個測頭同時進行測量的優點在于能夠極大提高測量的速度和效率，多個測頭對齒輪左右齒面同時測量，能實現比僅用一個測頭高數倍乃至數十倍的測量效率，不但省去再次角度調整和校準的時間，又極大的保證了測量準確性和重復性。

激光測頭進行試驗和測量時，傳統角度調整有2種方式：(1)以調整塊確定角度。對相同型號產品進行測量，安裝角度主要為使用調整塊后再微調的方式，其角度參數相對穩定。調整塊的特點是結構簡單，成本低，但靈活性差。(2)機械結構變動確定角度。對不同型號、不同對象的測量，根據對應的算法需求往往需要大幅調整的角度參數，目前是以機械臂、多自由度的測量平臺為主的調整方式，其特點是精度高，但結構復雜，價格昂貴等。所以，傳統的角度調整存在多個測頭需安裝多個機械臂成本太高不切實際，自適應性不強的缺點。

眾所周知，零部件的制造誤差是無法消除，在精密儀器中尺寸公差可高達1μm，軸系回轉精度可達到0.01～0.02μm或者更小。零部件的制造誤差會引入到整個設備的安裝以及測量中來，對裝置和設備的測量精度極大影響。在自動化控制中，通過相應的補償算法及高速同步采集的數據，不斷的將裝置角度精確調整至預設值就顯得非常關鍵，能極大的減小制造誤差所引起的角度偏差。

發明內容

本發明克服了非接觸激光測量和試驗中多個測頭安裝角度自適應性差和裝置零部件自身制造誤差的問題，本發明中只需要通過輸入左右測頭所需的角度參數值就可以自動精確的調整安裝角度，在調整過程中，提出了自適應粗調和精調的方法，采用本發明的測量方法后可以自動對制造誤差引起的角度偏差進行補償，提升比單一測頭高數倍乃至數十倍的測量效率。

本發明針對現有的傳統角度調整方法的缺陷及零部件的制造誤差，進行原理創新，基本思想是：1、誤差無法消除，但可以盡量補償。2、精密測量儀器以阿貝原則為第一準則。為了滿足這兩條準則，打破傳統的角度調整裝置或儀器靈活性差、結構復雜等問題。本發明提出兩個不同的算法結合的方式，對機械零部件制造誤差引起的角度偏差進行補償，對角度實現精確調整，并在結構上進行簡化，采用光柵位移變化量自動精確調整角度，實現了安裝角度調整及其試驗技術的原理創新。

本發明采用如下技術方案：

一種多測頭安裝角度的調節裝置由工作臺、左調節和測量系統A以及右調節測量系統B所組成。左調節和測量系統A與右調節和測量系統B在工作臺上對稱設置。