圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置及方法，包括有相互配合的夾持定位調(diào)整裝置和激光發(fā)生裝置，測(cè)量時(shí)，先將待測(cè)軸安裝在活動(dòng)塊的V型槽上，移動(dòng)滑塊在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，使電感測(cè)頭的測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)端面近端，瞄準(zhǔn)完成后控制電感測(cè)頭在當(dāng)前位置測(cè)量，得到初始位移；然后移動(dòng)滑塊令電感測(cè)頭測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)軸端面遠(yuǎn)端，再次測(cè)量獲得位移量；根據(jù)兩個(gè)維度上兩次測(cè)量得到的位移差值結(jié)合兩次測(cè)量軸側(cè)面的位移量可算出待測(cè)軸軸徑方向相對(duì)于圓光柵安裝端面的二維角度，此角度也就是圓光柵安裝端面相對(duì)于軸徑方向的二維角度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了圓光柵安裝二維微小角度的測(cè)量，同時(shí)可機(jī)械加工過(guò)程的在線測(cè)量，測(cè)量精度較高。
【專利說(shuō)明】圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二維微小角度測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量臂的主要組成部分，其回轉(zhuǎn)精度誤差作為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要隨機(jī)誤差之一，對(duì)測(cè)量精度有很大的影響。而旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由圓光柵測(cè)得，因此，圓光柵的安裝對(duì)測(cè)量結(jié)果起到至關(guān)重要的作用。圓光柵由光柵固定片安裝在軸的上端面，用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。安裝時(shí)，圓光柵通過(guò)螺釘固定在固定片上，固定片中間有一個(gè)中心孔，當(dāng)圓光柵的安裝平面達(dá)到安裝要求后(在平面度基準(zhǔn)內(nèi)千分表讀數(shù)控制在IOum),向固定片中心孔注入膠水,從而固定圓光柵的位置。
[0003]這種安裝方法方便調(diào)整圓光柵的位置，同時(shí)便于其拆卸。然而安裝的圓光柵必然會(huì)產(chǎn)生微小角度的偏移，由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)模式，圓光柵會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向(俯仰角、偏擺角)的微小偏移角度，這兩個(gè)角度對(duì)測(cè)量精度造成了很大影響，因此必須修正。
[0004]目前二維微小角度測(cè)量技術(shù)比較成熟的多為光學(xué)測(cè)角法。如激光干涉法、自準(zhǔn)直儀法、內(nèi)反射法等。這些方法均為非接觸式測(cè)量，精度較高，然而這些測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大，且沒(méi)有針對(duì)軸端面與軸徑方向二維微小角度的高精度測(cè)量方法。也難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工過(guò)程的在線測(cè)量?？紤]到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)，很難實(shí)現(xiàn)圓光柵安裝的二維微小角度測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決雙關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)圓光柵安裝過(guò)程中產(chǎn)生俯仰或偏擺時(shí)的二維微小角度測(cè)量問(wèn)題，提供了一種高精度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的測(cè)量裝置。本發(fā)明方法基于電感式位移傳感器，結(jié)合激光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，能夠輕松準(zhǔn)確的檢測(cè)出圓光柵安裝過(guò)程中產(chǎn)生的二維偏轉(zhuǎn)角度。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置，其特征在于:包括有相互配合的夾持定位調(diào)整裝置和激光發(fā)生裝置，所述夾持定位調(diào)整裝置包括有固定安裝在工作臺(tái)上的拱形門，所述拱形門的側(cè)柱及橫梁確定的兩維正交方向上分別安裝有電感測(cè)頭，所述拱形門的正下方設(shè)有橫穿的底座，所述底座上鋪設(shè)有兩平行的直線導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上配合安裝有滑塊，所述滑塊的上端面設(shè)有V型槽，所述V型槽的底端面通過(guò)球面支撐安裝有活動(dòng)塊，所述活動(dòng)塊的與V型槽的低端面和一側(cè)的內(nèi)側(cè)壁之間分別放置有壓電陶瓷片，活動(dòng)塊與V型槽與另一側(cè)的內(nèi)側(cè)壁之間的對(duì)應(yīng)位置放置有彈簧；所述激光發(fā)生裝置包括有安裝在工作臺(tái)上且位于導(dǎo)軌延長(zhǎng)線方向上的激光發(fā)射器，所述激光發(fā)射器所產(chǎn)生的激光束平行于直線導(dǎo)軌，垂直于激光束和導(dǎo)軌與拱形門所在平面，且激光束經(jīng)過(guò)安裝在激光發(fā)生裝置上的光屏中心的通光孔，在光屏的背光面是感光面，所述感光面覆蓋除通光孔外光屏上的全部面積。[0007]所述的兩條平行直線導(dǎo)軌穿過(guò)拱形門中間，且垂直于拱形門所在平面，所述滑塊置于導(dǎo)軌上可實(shí)現(xiàn)一維直線運(yùn)動(dòng)，待測(cè)軸順著導(dǎo)軌方向夾裝在可對(duì)其實(shí)現(xiàn)二維角度微調(diào)的活動(dòng)塊上。
[0008]所述的圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于:測(cè)量時(shí)，先將待測(cè)軸安裝在活動(dòng)塊的V型槽上，移動(dòng)滑塊在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，使電感測(cè)頭的測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)端面近端，此時(shí)激光束照射在軸端面的圓光柵上，光柵面上的反光介質(zhì)具有反射作用將激光束反射回去，反射光如果沒(méi)有通過(guò)通光孔則會(huì)投射到光屏背面的感光面上，從而使感光面輸出電信號(hào)；調(diào)節(jié)滑塊上拱形門上的正交二維方向上的壓電陶瓷片，改變軸端面的二維角度即可改變反射光光路，當(dāng)感光面上正交二維方向的輸出信號(hào)都為零時(shí)則表明反射光束通過(guò)通光孔返回光源，此時(shí)圓光柵與激光束高度垂直，至此瞄準(zhǔn)操作完成，瞄準(zhǔn)完成后控制電感測(cè)頭在當(dāng)前位置測(cè)量，得到初始位移；然后移動(dòng)滑塊令電感測(cè)頭測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)軸端面遠(yuǎn)端，再次測(cè)量獲得位移量；根據(jù)兩個(gè)維度上兩次測(cè)量得到的位移差值結(jié)合兩次測(cè)量軸側(cè)面的位移量可算出待測(cè)軸軸徑方向相對(duì)于圓光柵安裝端面的二維角度，此角度也就是圓光柵安裝端面相對(duì)于軸徑方向的二維角度。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了圓光柵安裝二維微小角度的測(cè)量，避免了現(xiàn)有光學(xué)測(cè)角方法的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同時(shí)解決了現(xiàn)有角度測(cè)量方法無(wú)法直接應(yīng)用于軸端面相對(duì)軸徑方向二維微小角度測(cè)量的問(wèn)題?？芍苯討?yīng)用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)圓光柵安裝二維微小角度的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工過(guò)程的在線測(cè)量，測(cè)量精度較高。
[0010]該方法將二維微小角度測(cè)量轉(zhuǎn)換為二維位移量測(cè)量，轉(zhuǎn)換過(guò)程具有放大效果，同時(shí)位移測(cè)量技術(shù)已非常成熟精度非常高。通過(guò)高精度的位移測(cè)量推算二維微小角度值，方法新穎效率較高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明激光瞄準(zhǔn)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明測(cè)量裝置的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參見附圖，一種圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置，包括有拱形門14及電感測(cè)頭4，滑塊11及導(dǎo)軌9，激光發(fā)生裝置。拱形門14固定安裝在工作臺(tái)上。在拱形門14側(cè)柱及橫梁確定的兩維正交方向上(設(shè)為X方向和Y方向)安裝電感測(cè)頭4 (兩個(gè)電感測(cè)頭型號(hào)尺寸均相同)(如圖2所示)，測(cè)頭4固定安裝在拱形門14上，用于測(cè)量待測(cè)軸5側(cè)面相對(duì)位移。兩條平行直線導(dǎo)軌9固定于底座8上并穿過(guò)拱形門14中間，垂直于拱形門14所在平面?；瑝K11置于導(dǎo)軌9上可實(shí)現(xiàn)一維直線運(yùn)動(dòng)，待測(cè)軸5順著導(dǎo)軌9方向夾裝在可對(duì)其實(shí)現(xiàn)二維角度微調(diào)的活動(dòng)塊13上，活動(dòng)塊13位于滑塊11上，在導(dǎo)軌9上滑動(dòng)滑塊11以改變電感測(cè)頭4在軸側(cè)面測(cè)量點(diǎn)位置?；瑝K11和活動(dòng)塊13的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2。如圖，滑塊11和活動(dòng)塊13用球形支承10連接在一起，在X方向和Y方向分別放置一壓電陶瓷片7，在X方向的壓電陶瓷片7在與之對(duì)稱的位置上安裝彈簧12以產(chǎn)生X方向上的回復(fù)力。Y方向回復(fù)力由重力產(chǎn)生。調(diào)整X、Y兩方向的壓電陶瓷片7伸縮狀態(tài)，結(jié)合半球形支承結(jié)構(gòu)10即可實(shí)現(xiàn)軸端面，即圓光柵3的二維角度微調(diào)。激光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(如圖1)固定安裝在工作臺(tái)上，位于導(dǎo)軌9延長(zhǎng)線方向。激光發(fā)射器I所產(chǎn)生的激光束6平行于直線導(dǎo)軌9。通過(guò)一次性裝配并校準(zhǔn)保證激光束與導(dǎo)軌高度平行，激光束和導(dǎo)軌與拱形門所在平面高度垂直。如圖1所示，激光發(fā)射器I發(fā)射激光光束6后，光束6經(jīng)過(guò)安裝在激光發(fā)生裝置上的光屏中心的通光孔，在光屏的背光面是感光面2。感光面2覆蓋除通光孔外光屏上的全部面積。
[0014]測(cè)量時(shí)，先將待測(cè)軸5安裝在活動(dòng)塊13的V型槽上，移動(dòng)滑塊11使電感測(cè)頭4的測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)端面近端。此時(shí)激光束6照射在軸端面的圓光柵3上，光柵面上的反光介質(zhì)具有反射作用將激光束6反射回去。反射光如果沒(méi)有通過(guò)通光孔則會(huì)投射到光屏背面的感光面2上，從而使感光面2輸出電信號(hào)。調(diào)節(jié)滑塊11上X，Y方向的壓電陶瓷7改變軸端面的二維角度可改變反射光光路，當(dāng)感光面2上X，Y方向的輸出信號(hào)都為零時(shí)則表明反射光束通過(guò)通光孔返回光源，此時(shí)圓光柵2與激光束6高度垂直。至此，瞄準(zhǔn)操作完成。瞄準(zhǔn)完成后控制電感測(cè)頭4在當(dāng)前位置測(cè)量，得到初始位移。然后移動(dòng)滑塊11令電感測(cè)頭4測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)軸5端面遠(yuǎn)端，再次測(cè)量獲得位移量。根據(jù)兩個(gè)維度上兩次測(cè)量得到的位移差值結(jié)合兩次測(cè)量軸側(cè)面的位移量可算出待測(cè)軸5軸徑方向相對(duì)于圓光柵2安裝端面的二維角度，此角度也是圓光柵安裝端面相對(duì)于軸徑方向的二維角度。
【權(quán)利要求】
1.一種圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置，其特征在于:包括有相互配合的夾持定位調(diào)整裝置和激光發(fā)生裝置，所述夾持定位調(diào)整裝置包括有固定安裝在工作臺(tái)上的拱形門，所述拱形門的側(cè)柱及橫梁確定的兩維正交方向上分別安裝有電感測(cè)頭，所述拱形門的正下方設(shè)有橫穿的底座，所述底座上鋪設(shè)有兩平行的直線導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上配合安裝有滑塊，所述滑塊的上端面設(shè)有V型槽，所述V型槽的底端面通過(guò)球面支撐安裝有活動(dòng)塊，所述活動(dòng)塊的與V型槽的低端面和一側(cè)的內(nèi)側(cè)壁之間分別放置有壓電陶瓷片，活動(dòng)塊與V型槽與另一側(cè)的內(nèi)側(cè)壁之間的對(duì)應(yīng)位置放置有彈簧；所述激光發(fā)生裝置包括有安裝在工作臺(tái)上且位于導(dǎo)軌延長(zhǎng)線方向上的激光發(fā)射器，所述激光發(fā)射器所產(chǎn)生的激光束平行于直線導(dǎo)軌，垂直于激光束和導(dǎo)軌與拱形門所在平面，且激光束經(jīng)過(guò)安裝在激光發(fā)生裝置上的光屏中心的通光孔，在光屏的背光面是感光面，所述感光面覆蓋除通光孔外光屏上的全部面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度的測(cè)量裝置，其特征在于:所述的兩條平行直線導(dǎo)軌穿過(guò)拱形門中間，且垂直于拱形門所在平面，所述滑塊置于導(dǎo)軌上可實(shí)現(xiàn)一維直線運(yùn)動(dòng)，待測(cè)軸順著導(dǎo)軌方向夾裝在可對(duì)其實(shí)現(xiàn)二維角度微調(diào)的活動(dòng)塊上。
3.基于權(quán)利要求1所述的圓光柵安裝時(shí)產(chǎn)生二維微小角度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于:測(cè)量時(shí)，先將待測(cè)軸安裝在活動(dòng)塊的V型槽上，移動(dòng)滑塊在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，使電感測(cè)頭的測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)端面近端，此時(shí)激光束照射在軸端面的圓光柵上，光柵面上的反光介質(zhì)具有反射作用將激光束反射回去，反射光如果沒(méi)有通過(guò)通光孔則會(huì)投射到光屏背面的感光面上，從而使感光面輸出電信號(hào)；調(diào)節(jié)滑塊上拱形門上的正交二維方向上的壓電陶瓷片，改變軸端面的二維角度即可改變反射光光路，當(dāng)感光面上正交二維方向的輸出信號(hào)都為零時(shí)則表明反射光束通過(guò)通光孔返回光源，此時(shí)圓光柵與激光束高度垂直，至此瞄準(zhǔn)操作完成，瞄準(zhǔn)完成后控制電感測(cè)頭在當(dāng)前位置測(cè)量，得到初始位移；然后移動(dòng)滑塊令電感測(cè)頭測(cè)量點(diǎn)位于待測(cè)軸端面遠(yuǎn)端，再次測(cè)量獲得位移量；根據(jù)兩個(gè)維度上兩次測(cè)量得到的位移差值結(jié)合兩次測(cè)量軸側(cè)面的位移量可算出待測(cè)軸軸徑方向相對(duì)于圓光柵安裝端面的二維角度，此角度也就是圓光柵安裝端面相對(duì)于軸徑方向的二維角度。
【文檔編號(hào)】G01B7/30GK103884270SQ201310671526
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】于連棟, 魯思穎, 李維詩(shī), 鄧華夏, 夏豪杰, 張煒, 趙會(huì)寧, 韓麗玲 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)