測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置及方法，涉及機(jī)械加工裝調(diào)檢測(cè)領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)，解決現(xiàn)有圓環(huán)平面度的測(cè)量裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和使用受限的問(wèn)題，現(xiàn)在測(cè)量方法由于存在測(cè)量精度低而導(dǎo)致測(cè)量誤差大等問(wèn)題，包括精密轉(zhuǎn)臺(tái)、內(nèi)調(diào)焦光管、光纖點(diǎn)光源、轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)、測(cè)桿和CCD探測(cè)器。本方法首先利用內(nèi)調(diào)焦光管把光纖點(diǎn)光源成像在被測(cè)圓環(huán)面上方，精密轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)點(diǎn)光源的像點(diǎn)旋轉(zhuǎn)在空間畫(huà)圓，然后以此圓所在的平面為基準(zhǔn)，用CCD探測(cè)器接收點(diǎn)光源像點(diǎn)，根據(jù)脫靶量測(cè)出被測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)平面的距離，最后通過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算即可得到被測(cè)圓環(huán)面的平面度。本發(fā)明測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，操作方便，效率高，成本低；本發(fā)明適用于大尺寸圓環(huán)件平面度的檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械加工裝調(diào)檢測(cè)領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種對(duì)大直徑圓環(huán)面平 面度檢測(cè)的裝置與方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 平面度的高精度測(cè)量是機(jī)械加工裝調(diào)檢測(cè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，大尺寸圓環(huán)型零件 的直徑都在數(shù)米量級(jí)，其平面度的精確測(cè)量一直是一個(gè)難點(diǎn)，目前生產(chǎn)中使用的方法有水 平儀法、多測(cè)頭誤差分離法、三坐標(biāo)測(cè)量法、液面法、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)法、三點(diǎn)測(cè)定器法和測(cè)微準(zhǔn)直 望遠(yuǎn)鏡法等。
[0003] 其中水平儀法應(yīng)用最廣，由于采用節(jié)距逐點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量速度太慢，受外界干擾因素 多，另外該法最成熟的應(yīng)用主要針對(duì)中間無(wú)孔的大平面，以便于測(cè)量網(wǎng)格的劃分；多測(cè)頭分 離法可以獲得微米級(jí)的高精度，但由于使用傳感器多，需要處理的數(shù)據(jù)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操 作不便，使用受限；三坐標(biāo)測(cè)量法精度隨著測(cè)量尺寸的增大而降低，移動(dòng)橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)最 大只能測(cè)量直徑兩米左右的圓環(huán)零件，便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（關(guān)節(jié)臂式或激光跟蹤儀）可以 測(cè)量大尺寸零件，但精度較低，價(jià)格昂貴；液面法系統(tǒng)硬件配置復(fù)雜，采點(diǎn)測(cè)量過(guò)程需要等 待液面穩(wěn)定，效率低，受環(huán)境影響大，精度差；轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)法由于受測(cè)量懸臂剛度的影響，對(duì)大 尺寸圓環(huán)的測(cè)量精度較低；三點(diǎn)測(cè)定器法是專(zhuān)門(mén)針對(duì)光電經(jīng)煒儀轉(zhuǎn)臺(tái)軸承環(huán)的平面度測(cè)量 而研發(fā)的，但由于三點(diǎn)測(cè)定器自身剛度的影響，只在直徑一米左右及以下的軸承環(huán)上得到 很好的應(yīng)用；測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡配合五棱鏡旋轉(zhuǎn)形成基準(zhǔn)平面，該方法比較適合圓環(huán)件平面 度的測(cè)量，但由于其采用平板測(cè)微器原理讀數(shù)，遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)，受光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)及放大倍數(shù) 的影響，測(cè)量誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有圓環(huán)平面度的測(cè)量裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和使用受限的問(wèn)題，現(xiàn)在 測(cè)量方法由于存在測(cè)量精度低而導(dǎo)致測(cè)量誤差大等問(wèn)題，提供一種測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面 度的裝置及方法。
[0005] 測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置，包括精密轉(zhuǎn)臺(tái)、內(nèi)調(diào)焦光管、光纖點(diǎn)光源、轉(zhuǎn)臺(tái) 調(diào)平機(jī)構(gòu)、測(cè)桿和CCD探測(cè)器；精密轉(zhuǎn)臺(tái)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)上，內(nèi)調(diào)焦光管固定在精密轉(zhuǎn) 臺(tái)臺(tái)面上，所述內(nèi)調(diào)焦光管光軸與精密轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸垂直，所述精密轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸與被測(cè) 圓環(huán)面的中心重合，所述光纖點(diǎn)光源連接在內(nèi)調(diào)焦光管的焦點(diǎn)位置，CCD探測(cè)器靶面與測(cè)桿 的軸線平行，測(cè)桿軸線與被測(cè)圓環(huán)面垂直，測(cè)桿頭部為球面，且與被測(cè)圓環(huán)面為點(diǎn)接觸。
[0006] 測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] 步驟一、依次將測(cè)桿放在被測(cè)圓環(huán)面上等間隔的標(biāo)記被測(cè)點(diǎn)位置所述被測(cè)點(diǎn)的位 置上，使CCD探測(cè)器接收不同被測(cè)點(diǎn)位置的光纖點(diǎn)光源的像點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)精密轉(zhuǎn)臺(tái)，使所述不同 被測(cè)點(diǎn)位置的光纖點(diǎn)光源的像點(diǎn)在CCD探測(cè)器水平方向的脫靶量為零，并記錄CCD探測(cè)器 垂直方向的脫靶量；
[0008] 步驟二、對(duì)步驟一所述的記錄C⑶探測(cè)器垂直方向的脫靶量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得 被測(cè)圓環(huán)面平面度的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)圓環(huán)面的平面度的檢測(cè)。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上創(chuàng)新改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)方法的不 足，采用光學(xué)及圖像處理的方法，使用內(nèi)調(diào)焦光管結(jié)合精密轉(zhuǎn)臺(tái)，以光纖點(diǎn)光源像點(diǎn)在空間 旋轉(zhuǎn)所形成的圓面為基準(zhǔn)，用CCD探測(cè)器接收光纖點(diǎn)光源像點(diǎn)并測(cè)量其脫靶量，最后通過(guò) 數(shù)據(jù)處理計(jì)算得出被測(cè)圓環(huán)面的平面度。本發(fā)明原理明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，精度高，實(shí) 用性強(qiáng)。本發(fā)明以光學(xué)的方式形成基準(zhǔn)平面，精度不受結(jié)構(gòu)剛度影響；采用CCD直接測(cè)量基 準(zhǔn)光斑與被測(cè)面的距離，測(cè)量精度高；針對(duì)不同直徑的被測(cè)圓環(huán)件，調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)焦光管，把光 纖點(diǎn)光源像點(diǎn)透射到被測(cè)圓環(huán)上方，測(cè)量適應(yīng)性強(qiáng)；同時(shí)還可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以指導(dǎo)剛度 較差的大型圓環(huán)件的裝調(diào)，使其平面度誤差滿足要求。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明所述的測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置示意圖。
[0011] 圖中：1、C⑶探測(cè)器，2、固定透鏡組，3、調(diào)焦透鏡組，4、光纖點(diǎn)光源，5、精密轉(zhuǎn)臺(tái)， 6、轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)，7、測(cè)桿，8、被測(cè)圓環(huán)。

【具體實(shí)施方式】

【具體實(shí)施方式】 [0012] 一、結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置，該 裝置包括精密轉(zhuǎn)臺(tái)5、內(nèi)調(diào)焦光管、光纖點(diǎn)光源4、轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)6、測(cè)桿7和CCD探測(cè)器1。 內(nèi)調(diào)焦光管由固定透鏡組2及調(diào)焦透鏡組3組成。精密轉(zhuǎn)臺(tái)5安放在轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)6上， 內(nèi)調(diào)焦光管固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)5臺(tái)面上，光纖點(diǎn)光源4連接在內(nèi)調(diào)焦光管的焦點(diǎn)位置，CCD探 測(cè)器1安裝在測(cè)桿7上。
[0013] 本實(shí)施方式所述的內(nèi)調(diào)焦光管中的調(diào)焦透鏡組3可以沿光軸方向移動(dòng)，精密轉(zhuǎn)臺(tái) 5旋轉(zhuǎn)軸線與被測(cè)圓環(huán)面8中心重合。內(nèi)調(diào)焦光管光軸與精密轉(zhuǎn)臺(tái)5旋轉(zhuǎn)軸垂直。C⑶探 測(cè)器1靶面與測(cè)桿7軸線平行，測(cè)桿7軸線與被測(cè)圓環(huán)面8垂直，測(cè)桿7頭部為球面，與被 測(cè)圓環(huán)面8為點(diǎn)接觸。

【具體實(shí)施方式】 [0014] 二、本實(shí)施方式為一所述的測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度 的裝置的方法，該方法的具體步驟為：
[0015] 首先，測(cè)量前調(diào)節(jié)好內(nèi)調(diào)焦光管，把測(cè)桿7垂直放在被測(cè)圓環(huán)面8上，CXD探測(cè)器1 接收光纖點(diǎn)光源4的像點(diǎn)，調(diào)整調(diào)焦透鏡組3的位置，使像點(diǎn)光斑最小。
[0016] 其次，調(diào)整好精密轉(zhuǎn)臺(tái)5的姿態(tài)，移動(dòng)測(cè)桿7的位置，使CCD探測(cè)器1在被測(cè)圓環(huán) 面8上等間隔的三個(gè)不同位置接收光纖點(diǎn)光源4的像點(diǎn)，調(diào)整精密轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)6,使像點(diǎn) 在CXD探測(cè)器1垂直方向的脫靶量相等。
[0017] 測(cè)量時(shí)，先在被測(cè)圓環(huán)面8上等間隔標(biāo)記被測(cè)點(diǎn)的位置，然后依次把測(cè)桿7放在被 測(cè)點(diǎn)的位置0 i，旋轉(zhuǎn)精密轉(zhuǎn)臺(tái)5,使像點(diǎn)在CCD探測(cè)器1水平方向脫靶量為零，記錄CCD探 測(cè)器1垂直方向的脫靶量yi。
[0018] 最后，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先把測(cè)量數(shù)據(jù)yi展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)f( 0 i)進(jìn)行諧 波分析，然后去除常數(shù)項(xiàng)I及一次項(xiàng)諧波Y1，得到數(shù)據(jù)ti。

【權(quán)利要求】
1. 測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置，包括精密轉(zhuǎn)臺(tái)（5)、內(nèi)調(diào)焦光管、光纖點(diǎn)光源（4)、 轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)（6)、測(cè)桿（7)和CCD探測(cè)器（1);精密轉(zhuǎn)臺(tái)（5)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)（6)上， 內(nèi)調(diào)焦光管固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)（5)臺(tái)面上，其特征是，所述內(nèi)調(diào)焦光管光軸與精密轉(zhuǎn)臺(tái)（5)的 旋轉(zhuǎn)軸垂直，所述精密轉(zhuǎn)臺(tái)（5)的旋轉(zhuǎn)軸與被測(cè)圓環(huán)面（8)的中心重合，所述光纖點(diǎn)光源 (4) 連接在內(nèi)調(diào)焦光管的焦點(diǎn)位置，CCD探測(cè)器（1)靶面與測(cè)桿（7)的軸線平行，測(cè)桿（7) 軸線與被測(cè)圓環(huán)面（8)垂直，測(cè)桿（7)頭部為球面，且與被測(cè)圓環(huán)面（8)為點(diǎn)接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置，其特征在于，所述 內(nèi)調(diào)焦光管由固定透鏡組（2)和調(diào)焦透鏡組（3)組成；所述的內(nèi)調(diào)焦光管中的調(diào)焦透鏡組 (3)沿光軸方向移動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的裝置的方法，其特征在于，該方 法由以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一、依次將測(cè)桿（7)放在被測(cè)圓環(huán)面（8)上等間隔的標(biāo)記被測(cè)點(diǎn)位置所述被測(cè)點(diǎn) 的位置上，使CCD探測(cè)器（1)接收不同被測(cè)點(diǎn)位置的光纖點(diǎn)光源（4)的像點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)精密轉(zhuǎn)臺(tái) (5) ，使所述不同被測(cè)點(diǎn)位置的光纖點(diǎn)光源（4)的像點(diǎn)在CCD探測(cè)器（1)水平方向的脫靶量 為零，并記錄(XD探測(cè)器（1)垂直方向的脫靶量； 步驟二、對(duì)步驟一所述的記錄CCD探測(cè)器（1)垂直方向的脫靶量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得被 測(cè)圓環(huán)面（8)平面度的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)圓環(huán)面的平面度的檢測(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的方法，其特征在于，步驟二中獲 得平面度誤差的具體過(guò)程為：首先把測(cè)量脫靶量數(shù)據(jù)展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行諧波分析，其 次，去除常數(shù)項(xiàng)及一次項(xiàng)諧波，再次，進(jìn)行最小二乘擬合，最后計(jì)算得出平面度誤差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的測(cè)量大直徑圓環(huán)面平面度的方法，其特征在于，在步驟 一之前，還包括對(duì)內(nèi)調(diào)焦光管的調(diào)節(jié)，將測(cè)桿（7)垂直放在被測(cè)圓環(huán)面（8)上，（XD探測(cè)器 (1)接收光纖點(diǎn)光源（4)的像點(diǎn)，調(diào)整調(diào)焦透鏡組（3)的位置，使像點(diǎn)光斑最??；對(duì)精密轉(zhuǎn) 臺(tái)（5)姿態(tài)的調(diào)整，移動(dòng)測(cè)桿（7)的位置，使CCD探測(cè)器⑴在被測(cè)圓環(huán)面⑶上標(biāo)記的等 間隔的不同位置接收光纖點(diǎn)光源（4)的像點(diǎn)，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平機(jī)構(gòu)（6)，使像點(diǎn)在CCD探測(cè)器 (1)垂直方向的脫靶量相等。
【文檔編號(hào)】G01B11/30GK104515481SQ201410788237
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】陳寶剛, 張景旭, 吳小霞, 徐偉, 張巖 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所