[發明專利]一種測量任意表面法向誤差的激光測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201711398299.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108007362B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 凌四營;蔡引娣;陳義磊;毛平;王曉東;王立鼎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明屬于精密測量技術領域，涉及一種測量任意表面法向誤差的激光測量裝置與方法，裝置包括：位移傳遞杠桿、反射鏡、激光器及激光器姿態調整；其中位移傳遞杠桿由測頭、支架、交叉簧片組成。本發明提供了一種適用于任意表面法向誤差的激光測量裝置與方法，既適用于反光曲面的精密測量，也適用于非反光的曲面精密測量。通過一種微位移轉換杠桿，將測點位置的微位移量等比例轉換成反射鏡光斑的微位移量，通過光斑位置的變動來表征零件表面測點位置的變動。該裝置的測量精度可達10nm，分辨率可達1nm，具有測量精度高、測量方便、成本低的優點，具有廣闊的市場應用前景。

技術領域

本發明屬于精密測量技術領域，涉及一種測量任意表面法向誤差的激光測量裝置與方法。

背景技術

激光測量具有測量精度高、非接觸測量、集成化程度高等優點，廣泛應用于微位移量的非接觸測量系統。但激光測量要求被測量表面具有較高的平面精度和表面粗糙度要求，用于實現光路的反射。因此，激光測量一般只適用于平面的直接測量。對于曲面及非反光表面的形位公差的，激光測量方法一般不能直接使用。

發明內容

為解決現有激光測量方法不適用于曲面及非反光表面的精密測量，本發明提供了一種測量任意表面法向誤差的激光測量裝置，其特征在于，包括：微位移傳遞杠桿、固定座、反射鏡、激光器及激光器姿態調整裝置、數據采集與顯示模塊；其中微位移傳遞杠桿包括測頭、簧片支架、交叉簧片；簧片支架通過交叉簧片固定于固定座上，交叉簧片夾角呈90度，簧片支架兩端伸出臂間夾角呈90度；簧片支架一端點與測頭通過螺紋連接，另一端點與反射鏡通過膠粘連接固定；激光射于反光鏡上，激光器分別與激光器姿態調整裝置和數據采集與顯示模塊連接；

反射鏡平面度小于0.5μm，表面粗糙度為λ/20～λ/5；

激光器具有溫度誤差補償功能，能夠實時補償環境及工件溫度對幾何量測量結果的影響。

進一步地，上述交叉簧片采用0.1mm的65Mn鋼通過線切割加工工藝獲得。

上述的測量任意表面法向誤差的激光測量裝置的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)通過調整激光器的姿態，調整光斑到交叉簧片交線的距離等于測點到交叉簧片交線的距離；通過對該裝置進行高精度標定實現光斑位置的精確調整；同時調整激光器的俯仰角和偏擺角，搜索接受反射光強的最大值，以調整激光入射方向與反射鏡垂直；

2)調整測頭的測量方向與零件工作面的法向一致；

3)調整完畢后將激光器鎖緊；

4)通過數據采集與顯示模塊，計算出光斑與接收器距離的變動量，此值即為測點位置的相對變動量，測量過程中同時考慮對溫度誤差進行補償。

本發明的有益效果在于，本發明提供了一種測量任意表面法向誤差的激光測量裝置與方法，既適用于反光曲面和平面的精密測量，也適用于非反光曲面和平面精密測量。通過一種微位移轉換杠桿，將測點位置的微位移量等比例轉換成反射鏡光斑的微位移量。該裝置的測量精度可達10nm，分辨率可達1nm，具有測量精度高、測量方便、成本低的優點，具有廣闊的市場應用前景。

附圖說明

圖1測量示意圖。

圖2微位移傳遞杠桿。

圖中：1微位移傳遞杠桿；1-1測頭；1-2簧片支架；1-3交叉簧片；2固定座；3反射鏡；4激光器；5激光器姿態調整裝置；6數據采集與顯示模塊。

具體實施方式

以測量圓柱面的圓度誤差和徑跳誤差為例，闡述本發明的具體實施方法。