一種回轉(zhuǎn)中心測量裝置及其間距測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量裝置及其方法，具體涉及一種回轉(zhuǎn)中心測量裝置及其間距測 量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心到某平面的距離，是機械領(lǐng)域中的一種重要物理量。然而 在測試過程中回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心是一個抽象的空間點，點的選取與計算均有很大難 度。目前多采用干涉條紋方法和半導體方法進行測量，中國專利公開了"用于干涉式間距測 量的設(shè)備"（公告號為：CN 103512505 A)和"間距測量裝置"（公告號為：CN 201844805 U) 兩種方案，然而采用干涉方法對實驗環(huán)境要求極為苛刻，且在條紋的記錄中易出現(xiàn)"明暗" 條紋計數(shù)的不確定性，而采用純裝置測試則需要依靠一些特殊材料的特殊特性，而材料在 反復使用過程中，其特性值往往不是常量，這均給測量帶來較大的誤差和不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作方便、操作環(huán)境要求較為寬松的回轉(zhuǎn) 中心測量裝置，同時提供了一種基于回轉(zhuǎn)中心測量裝置的間距精確測量方法。
[0004] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 技術(shù)方案一： 一種回轉(zhuǎn)中心測量裝置，其包括導軌、設(shè)置在導軌上的位移臺、設(shè)有激光器的回轉(zhuǎn)工作 臺、目標平面以及設(shè)置在目標平面上的相機；所述導軌平行設(shè)置在目標平面正上方，所述回 轉(zhuǎn)工作臺設(shè)置在位移臺上。
[0005] 所述位移臺通過絲杠螺母副設(shè)置在導軌上，所述回轉(zhuǎn)工作臺軸線與導軌軸線在同 一水平面內(nèi)垂直，所述相機型號為CCD/CM0S板級相機，所述位移臺、激光器的中心與回轉(zhuǎn) 工作臺的回轉(zhuǎn)中心重合。
[0006] 本發(fā)明還包括激光位移傳感器，所述激光位移傳感器設(shè)置在位移臺上。
[0007] 技術(shù)方案二： 本發(fā)明間距精確測量方法步驟如下： ① 建立XYZ坐標系將待測距離#成A和_兩部分來進行分段測量，其中是 回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心與相機上表面的距離，4是相機上表面與目標平面的距離； ② 確定初始位置，使回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心位于點羅，測量光斑位于相機靶面上的 點4 ③ 使回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心沿X方向移動Z，到達點_，回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)角度〃，使 激光束重新照射在相機靶面上，并記相機靶面上的新光斑為點戌 ④ 得到直角梯形由幾何關(guān)系笮
式中I?的長度z由安裝于導軌上的光柵尺測量，似的長度I通過對相機上的光 斑圖像求解，回轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)角度〃通過自準直儀或圓光柵測量； ⑤ 對is進行不確定度分析與傳播計算； ⑥ 將相機水平放置于目標平面上，再將激光位移傳感器放置于相機上方進行測量，并 記錄此時的激光位移傳感器示數(shù)_，將相機從目標平面上卸下，讀取并記錄此時的激光位 移傳感器示數(shù)h，得到
⑦ 對1?進行不確定度分析與傳播計算； ⑧ 在完成輪和毛的測量后，計算出回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心到目標平面的距離
,并得出I的合成不確定度。
[0008] 本發(fā)明的積極效果如下：本發(fā)明測量結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，通過激光的光斑可以實 現(xiàn)對空間回轉(zhuǎn)軸到指定平面距離的精確測量；本發(fā)明通過激光光斑定點構(gòu)造直角梯形的方 式可有效的將測量不確定度控制在很小的范圍（約IOym左右）；因可以通過閾值算法確定 光斑中心，故本發(fā)明對激光光源的光斑大小要求不高；本發(fā)明光源可用其它平行光代替，故 對光源要求也不高，這就有效的提升了使用范圍，降低了使用條件；本發(fā)明采用離線式測 量，各運動部件的運動精度可以通過算法補償，這就擴大了其適用的用途，對于有類似需求 的測量有指導意義。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明對相機靶面上光斑位置影響示意圖； 圖3為本發(fā)明對相機靶面上光斑偏差影響示意圖； 圖4為本發(fā)明對相機靶面上光斑位置影響示意圖； 圖5為本發(fā)明測量與合成不確定度關(guān)系示意圖； 圖6為本發(fā)明激光位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 在圖中：1回轉(zhuǎn)工作臺、2導軌、3位移臺、4激光器、5相機、6目標平面、7初始光斑、8旋 轉(zhuǎn)后光斑、9激光位移傳感器。
【具體實施方式】
[0010] -、本發(fā)明裝置的實施例： 如圖1、6所示，一種回轉(zhuǎn)中心測量裝置，其包括導軌2、設(shè)置在導軌2上的位移臺3、設(shè) 有激光器4的回轉(zhuǎn)工作臺1、目標平面6以及設(shè)置在目標平面6上的相機5 ;所述導軌2平 行設(shè)置在目標平面6正上方，所述回轉(zhuǎn)工作臺1設(shè)置在位移臺3上。所述位移臺3通過絲 杠螺母副設(shè)置在導軌2上，所述回轉(zhuǎn)工作臺1軸線與導軌2軸線在同一水平面內(nèi)垂直，所述 相機5型號為(XD/CM0S板級相機，所述位移臺3、激光器4的中心與回轉(zhuǎn)工作臺1的回轉(zhuǎn)中 心重合。本發(fā)明還包括激光位移傳感器9,所述激光位移傳感器9設(shè)置在位移臺3上。
[0011] 如圖1所示，使用該裝置時，先調(diào)節(jié)位移臺3,激光器4中心發(fā)射激光亮斑至相機5 上，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)位移臺3至另一位置，回轉(zhuǎn)工作臺1旋轉(zhuǎn)，激光器4中心再次發(fā)射激光亮 斑至相機5上完成裝置的第一步操作；如圖6所示，將激光位移傳感器9單獨使用進行測定 相機5的厚度，完成全部裝置操作，然后進行方法演繹。
[0012] 二、本發(fā)明的方法實施例： 因涉及精密測量，本實施例中給定的數(shù)值以及計算數(shù)值的量級均較小。
[0013] 本實施例利用回轉(zhuǎn)中心測量裝置實施間距精確測量方法的步驟如下： ① 如圖1所示，建立XYZ坐標系將待測距離#成.和1?兩部分來進行分段測量， 其中添是回轉(zhuǎn)工作臺1的回轉(zhuǎn)中心與相機5上表面的距離，_是相機5上表面與目標平 面6的距離； ② 確定初始位置，使回轉(zhuǎn)工作臺1的回轉(zhuǎn)中心位于點_，測量光斑位于相機靶面上的 點4 ③ 使回轉(zhuǎn)工作臺1的回轉(zhuǎn)中心沿X方向移動Z，到達點_，回轉(zhuǎn)工作臺1旋轉(zhuǎn)角度0， 使激光束重新照射在相機5靶面上，并記相機5靶面上的新光斑為點戌 ④ 得到直角梯形????，由幾何關(guān)系有
式中札氧的長度Z由安裝于導軌2上的光柵尺測量，似的長度I通過對相機5上 的光斑圖像求解，回轉(zhuǎn)工作臺1的旋轉(zhuǎn)角度〃通過自準直儀或圓光柵測量； ⑤ 對備_進行不確定度分析與傳播計算； 給定回轉(zhuǎn)工作臺1的回轉(zhuǎn)中心距目標平面6的距離為90mm，相機5的靶面距基 面的厚度約為l〇mm，因而自準直儀的回轉(zhuǎn)中心與相機5靶面的距離約為80mm;給定
測量尺寸，1,,::券纖__、編￡::_義輸_、 :如圖2、3、4所示，位移臺3在運動過程中會產(chǎn)生6個自由度方 向的誤差：為 感器9在線測量與補償，俯仰誤差I(lǐng)yg可通過自準直儀(或圓光柵）在線測量與補償，這 兩種誤差對職：測量的影響取決于測量儀器的不確定度；回轉(zhuǎn)工作臺1在Y方向的跳動誤 差％.和滾轉(zhuǎn)誤差對'測量的影響，可通過相機5靶面上的光斑位置偏差來表征， 如圖2所示，其中J為激光束的初始光斑，