[發明專利]一種基于組合面型基準件的滾轉角測量方法

有效

• 申請號: 201811229750.0
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109520443B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 李杏華;呂澤奎;房豐洲;黃銀國
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于組合面型基準件的滾轉角測量方法，所采用的測量裝置包括光學測頭和組合面型基準件，組合面型基準件的基座為L型,在基座的兩臂等距離地設置有多個基準件，每個基準件的表面為曲面特征或平面特征，所述曲面特征包括旋轉拋物面；基準件間相距距離為d，在基座上表現為陣列形式，陣列形式為L型，當光學測頭與組合面型基準件上的曲面特征相配合時，檢測出機床導軌運動帶來的直線度位置誤差進而得到滾轉角。

技術領域

本發明涉及一種滾轉角高精度檢測裝置，特別是涉及一種基于組合面型基準件的滾轉角測量方法。

背景技術

基于直角坐標系統的機床或測量機共有21項結構誤差,其中18項誤差可以用現成的干涉儀測量,另外3項滾轉角誤差是最難測量的參數。目前國內外對機械導軌運動副的滾轉角誤差的檢測還處于一種研究和探索階段。

激光多自由度同時測量是機械制造、檢測及儀器儀表等眾多行業共同關注的問題,也是目前未能很好解決的測量難題之一,而其中的一個主要難點就是滾轉角的高精度測量。傳統的測量方法主要是以重力方向為基準的電子水平儀以及以四方鐵的位置為基準的組合測量法,電子水平儀的缺點是無法測量豎直軸方向的幾何誤差,而且不方便同其他誤差測量系統集成,組合測量法屬于接觸式測量,而且測量過程比較繁雜,測量的軸向行程受限,精度也不高。光學測量由于其非接觸及設計靈活等特點成為現代高精度測量的主要手段之一。中國專利CN107462210A公布了一種直線導軌的滾轉角測量裝置，該裝置利用自準直儀、五棱鏡和平面反射鏡等裝置實現待測直線導軌的滾轉角測量。但是對于滾轉角測量而言,目前還沒有一種操作簡單、便于集成、可以應用于實際的高精度光學測量方法。目前國內外提出的滾轉角測量的光學方法有很多,從最終獲得滾轉角信息的手段來看,可以歸納為干涉法、偏振法和幾何光學法等幾類。

中國專利CN2017103979239公布了一種用于小角度測量的光學測頭的設計，該測頭能有效測量出平面或是曲面的曲率，配合中國專利CN201720618823X公布的基于組合面型基準件的運動部件多參數檢測系統里面提及的組合面型基準件可以實現機床導軌直線度偏差的測量。基于這一組合面型基準件及現有工具，我們設計了一種新的導軌滾轉角的測量方法來提高滾轉角檢測效率，方便和其他測量技術集成，促進多自由度測量技術的發展。

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組合面型基準件的滾轉角測量裝置及方法，該方法能實現滾轉角的光學非接觸檢測，測量效率高，測量精度高，并能夠方便和其他自由度測量系統集成，促進多自由度測量技術的發展。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：

一種基于組合面型基準件的滾轉角測量方法，所采用的測量裝置包括光學測頭和組合面型基準件，

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，所述數據處理模塊根據所述CCD相機中光斑的位置，計算獲得運動軸的直線度偏差；所述光學測頭安裝在機床主軸上，隨機床主軸做三維直線運動；

所述組合面型基準件的基座為L型,在基座的兩臂等距離地設置有多個基準件，每個基準件的表面為曲面特征或平面特征，所述曲面特征包括旋轉拋物面；基準件間相距距離為d，在基座上表現為陣列形式，陣列形式為L型，當光學測頭與組合面型基準件上的曲面特征相配合時，檢測出機床導軌運動帶來的直線度位置誤差；滾轉角測量方法如下：

將組合面型基準件豎直擺放在機床工作臺上，使基座一臂與機床Z軸平行，另一臂與機床Y軸平行，安裝在機床主軸上的光學測頭正對平行于Z軸的基座臂上的基準件；