CN107727051B

CN107727051B - 一种基于六维调整的反转法直线度测量装置

Info

Publication number: CN107727051B
Application number: CN201711214332.XA
Authority: CN
Inventors: 袁道成; 陶鑫; 朱元庆; 刘波
Original assignee: Institute of Mechanical Manufacturing Technology of CAEP
Current assignee: Institute of Mechanical Manufacturing Technology of CAEP
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: CN107727051A

Abstract

本发明涉及一种直线度测量装置，具体地说是一种基于六维重复定位的反转法直线度测量装置，包括六维调整平台、反转平尺和微位移传感器。通过六维调整平台，可以实现反转直线的六维姿态调整；反转平尺两端有直线两点标识球，通过微位移传感器测量直线两点标识球确定反转直线位置，实现反转直线反转前后两次高精度重复定位，进一步实现高精度的直线度误差分离测量。

Description

一种基于六维调整的反转法直线度测量装置

技术领域

本发明属于几何测量领域，具体涉及一种直线度测量装置，具体指基于六维调整的反转法直线度测量装置。

背景技术

直线度的测量方法主要分为有基准和无基准两大类。有基准的直线度测量方法受限于基准精度，难以在较大尺寸时仍然保持高精度测量。无基准的直线度测量方法基本原理均是误差分离法，反转法即是其中一种误差分离法。从原理上而言反转法的直线度测量精度不受限制，然而实际使用过程中反转直线的重复定位精度会限制误差分离精度，使得反转法直线度测量方法在实际使用时不理想。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于六维调整的反转法直线度测量装置与反转直线标识测量与定位方法，有效解决反转法直线度测量中的重复定位精度问题，进而实现对大尺寸直线度高精度绝对测量。

本发明的基于六维调整的反转法直线度测量装置，包括传感器安装臂、传感器安装座、微位移传感器、反转平尺、六维调整平台，其特征是，所述微位移传感器安装在传感器安装座上，传感器安装座固定在传感器安装臂上，传感器安装臂安装在被测导轨滑台上，可随被测导轨滑台移动；所述六维调整平台底座由三个支撑脚和基板组成，其中两个支撑脚对称分布在基板一侧，另一个支撑脚分布在基板另一侧中间；所述六维调整平台主调整体由两个三维微位移台和三个平尺支撑球组成，三维微位移台固定于基板两侧，两个三维微位移台上基面分别固定2个和1个平尺支撑球；所述反转平尺放置于三个平尺支撑球上；反转平尺两端有直线两点标识球。

反转直线六维姿态调整由六维调整平台实现，由底部三个支撑脚和上面两个三维微位移台实现；具体调整过程为：调整底部双支撑脚那一侧的支撑脚，可调整反转平尺滚转角β；同步调整两个三维微位移台,可调整反转平尺X、Y、Z三个方向的位移；沿X方向调整其中一个三维微位移台，可调整反转平尺偏摆角θ；沿Z方向调整其中一个三维微位移台，可调整反转平尺俯仰角α。

反转平尺两端有直线两点标识球，通过球面进行反转直线的位置测量定位。

反转直线的位置测量定位采用以下步骤进行：

A、移动导轨滑台使微位移传感器对准终止点直线两点标识球，调整六维调整平台上面的两个三维微位移台，使直线两点标识球在微位移传感器测量范围内；

B、移动导轨滑台使微位移传感器对准另一端直线两点标识球，调整六维调整平台，使直线两点标识球在微位移传感器测量范围内；

C、移动导轨滑台使微位移传感器测量点处于平尺上，Z方向调整两个三维微位移台并观察微位移传感器示值，若示值变化，调整六维调整平台底部支撑脚，直至微位移传感器在竖直方向移动时示值保持不变；

D、移动导轨滑台使微位移传感器对准起始点直线两点标识球，观察微位移传感器示值并沿Z方向调整六维调整平台，使直线两点标识球竖直方向移动，直至调整到微位移传感器示值极小值位置；

E、移动导轨滑台使微位移传感器对准另一端直线两点标识球，重复步骤D操作;

F、移动导轨滑台使微位移传感器对准起始点直线两点标识球并沿导轨运动方向调整六维调整平台，使直线两点标识球沿导轨运动方向小范围移动，直至调整到微位移传感器示值极小值位置。

本发明的有益效果是：

[1）通过六维调整平台底部三个支撑脚和两个微位移台调整反转平尺的六维位置姿态，结构简单，调整迅速，方便实现反转前后两次高精度重复定位。

2）采用直线两点标识球进行直线定位，反转直线重复定位精度高；

3）使用同一位移传感器实现两次反转直线定位测量和反转直线轮廓测量，减小了反转直线位置测量参照系变化导致的定位误差，提高了反转法直线度误差分离测量的精度。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明图1中2的分解示意图；

图3是本发明图1中4、5的分解示意图；

图中：1、传感器安装臂2、传感器安装座3、蝶形螺母4、反转平尺 5、六维调整平台6、大理石平台7、导轨滑台8、压紧螺栓21、开口夹套22、螺栓23、螺母24、导线槽25、传感器联接杆26、螺栓27、微位移传感器42、直线两点标识球43、反转直线51、平尺支撑球52、三维微位移台53、支撑脚54、基板55、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图1至3对本发明装置作详细说明。以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明的基于六维调整的反转法直线度测量装置，包括传感器安装臂1、传感器安装座2、微位移传感器27、反转平尺4、六维调整平台5，其特征是，所述微位移传感器27安装在传感器安装座上，传感器固定在传感器安装臂1上，传感器安装臂1安装在被测导轨滑台7上，可随被测导轨滑台移动；所述六维调整平台5底座由三个支撑脚53和基板54组成，其中两个支撑脚对称分布在基板一侧，另一个支撑脚分布在基板另一侧中间；所述六维调整平台5主调整体由两个三维微位移台52和三个平尺支撑球51组成，三维微位移台52固定于基板54两侧，两个三维微位移台52上基面分别固定1个和2个平尺支撑球51；所述反转平尺4放置于三个平尺支撑球51上；反转平尺4两端有直线两点标识球42。

反转直线六维姿态调整由六维调整平台5实现，由底部三个支撑脚53和上面两个三维微位移台52实现；具体调整过程为：调整底部双支撑脚53那一侧的支撑脚53，可调整反转平尺4滚转角β；同步调整两个三维微位移台52,可调整反转平尺4X、Y、Z三个方向的位移；沿X方向调整其中一个三维微位移台52，可调整反转平尺4偏摆角θ；沿Z方向调整其中一个三维微位移台52，可调整反转平尺4俯仰角α。

反转平尺4两端有直线两点标识球42，通过球面进行反转直线43的位置测量定位。

反转直线43位置测量定位采用以下步骤：

A、移动导轨滑台7使微位移传感器27对准终止点直线两点标识球42，调整六维调整平台5上面的两个三维微位移台52，使直线两点标识球42在微位移传感器27测量范围内；

B、移动导轨滑台7使微位移传感器27对准另一端直线两点标识球42，调整六维调整平台5，使直线两点标识球42在微位移传感器27测量范围内；

C、移动导轨滑台7使微位移传感器27测量点处于平尺上，Z方向调整两个三维微位移台52并观察微位移传感器27示值，若示值变化，调整六维调整平台5底部支撑脚53，直至微位移传感器27在竖直方向移动时示值保持不变；

D、移动导轨7滑台7使微位移传感器27对准起始点直线两点标识球42，观察微位移传感器27示值并沿Z方向调整六维调整平台5，使直线两点标识球42竖直方向移动，直至调整到微位移传感器27示值极小值位置；

E、移动导轨滑台7使微位移传感器27对准另一端直线两点标识球42，重复步骤D操作;

F、移动导轨滑台7使微位移传感器27对准起始点直线两点标识球42并沿导轨运动方向调整六维调整平台5，使直线两点标识球42沿导轨运动方向小范围移动，直至调整到微位移传感器27示值极小值位置。

本发明的基于六维调整的反转法直线度测量装置，使用该装置对反转平尺上同一条直线进行反转前后两次测量，并通过误差分离可以实现高精度的直线度测量。该装置可同时实现平尺以及导轨的直线度测量。

基于六维调整的反转法直线度测量装置，包括六维调整平台、反转平尺和微位移传感器。所述六维调整平台底部有三个支撑脚，上面有两个三维微位移台；所述三维微位移台用螺栓固定于六维调整平台的基板两边，三维微位移平台上有三个平尺支撑球；所述反转平尺放置于三个平尺支撑球上，反转平尺两端固定有直线两点标识球；所述微位移传感器安装在传感器安装座上，传感器安装座固定在传感器安装臂上，传感器安装臂固定在被测导轨滑台上可随导轨移动。

采用本实施方案所述测量装置进行直线度测量的步骤为：

1、反转前直线定位与测量：

① 使用时将微位移传感器安装于传感器安装座上；将传感器安装座固定于传感器安装臂的一侧之上；将传感器安装臂固定在导轨上。

② 将六维调整平台放置于大理石平台上；将装有直线两点标识球的反转平尺放置于六维调整平台顶部的三个平尺支撑球上，使反转平尺工作面正对微位移传感器测量面。

③ 调整六维调整平台底部支撑脚，使反转平尺测量面与微位移传感器的测量面平行。

④ 移动导轨使微位移传感器运动至其中一个直线两点标识球中心位置并静止，调整六维调整平台上面两个三维微位移台使直线两点标识球在微位移传感器测量范围内。

⑤ 沿竖直方向调整三维微位移台至微位移传感器示值极小位置，此时传感器正对直线两点标识球球心位置。

⑥ 移动导轨使微位移传感器运动到另一侧直线两点标识球中心位置并静止。

⑦ 重复上述步骤⑤ 、⑥。

⑧ 进行单侧直线轮廓测量。

2、反转后直线定位与测量：

① 将传感器安装座连同微位移传感器（两者无需进行装拆）取下，固定于传感器安装臂的另一侧之上。

② 将反转平尺绕Y轴反转180°，使反转平尺测量面正对微位移传感器测量面。

③ 重复反转前直线定位与测量的③-⑦。

④ 进行反转后的直线轮廓测量。

3、数据分析：

对测量数据采用反转法直线度误差分离，可以获得平尺直线度以及导轨竖直面的直线度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于六维调整的反转法直线度测量装置，包括传感器安装臂（1）、传感器安装座（2）、蝶形螺母（3）、微位移传感器（27）、反转平尺（4）、六维调整平台（5），其特征是，所述微位移传感器（27）安装在传感器安装座上，传感器安装座（2）固定在传感器安装臂（1）上，传感器安装臂（1）安装在被测导轨滑台（7）上，可随被测导轨滑台移动；所述六维调整平台（5）底座由三个支撑脚（53）和基板（54）组成，其中两个支撑脚对称分布在基板一侧，另一个支撑脚分布在基板另一侧中间；所述六维调整平台（5）主调整体由两个三维微位移台（52）和三个平尺支撑球（51）组成，三维微位移台（52）固定于基板（54）两侧，两个三维微位移台（52）上基面分别固定1个和2个平尺支撑球（51）；所述反转平尺（4）放置于三个平尺支撑球（51）上；反转平尺（4）两端有直线两点标识球（42）；

反转直线六维姿态调整由六维调整平台（5）实现，由底部三个支撑脚（53）和上面两个三维微位移台（52）实现；具体调整过程为：调整底部双支撑脚（53）那一侧的支撑脚（53），可调整反转平尺（4）滚转角β；同步调整两个三维微位移台（52）,可调整反转平尺（4）X、Y、Z三个方向的位移；沿X方向调整其中一个三维微位移台（52），可调整反转平尺（4）偏摆角θ；沿Z方向调整其中一个三维微位移台（52），可调整反转平尺（4）俯仰角α；

反转平尺（4）两端有直线两点标识球（42），通过球面进行反转直线（43）的位置测量定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于六维调整的反转法直线度测量装置，其特征在于：反转直线（43）的位置测量定位采用以下步骤进行：

A、移动导轨滑台（7）使微位移传感器（27）对准终止点直线两点标识球（42），调整六维调整平台（5）上面的两个三维微位移台（52），使直线两点标识球（42）在微位移传感器（27）测量范围内；

B、移动导轨滑台（7）使微位移传感器（27）对准另一端直线两点标识球（42），调整六维调整平台（5），使直线两点标识球（42）在微位移传感器（27）测量范围内；

C、移动导轨滑台（7）使微位移传感器（27）测量点处于平尺上，Z方向调整两个三维微位移台（52）并观察微位移传感器（27）示值，若示值变化，调整六维调整平台（5）底部支撑脚（53），直至微位移传感器（27）在竖直方向移动时示值保持不变；

D、移动导轨滑台（7）使微位移传感器（27）对准起始点直线两点标识球（42），观察微位移传感器（27）示值并沿Z方向调整六维调整平台（5），使直线两点标识球（42）竖直方向移动，直至调整到微位移传感器（27）示值极小值位置；

E、移动导轨滑台（7）使微位移传感器（27）对准另一端直线两点标识球（42），重复步骤D操作;

F、移动导轨滑台（7）使微位移传感器（27）对准起始点直线两点标识球（42）并沿导轨运动方向调整六维调整平台（5），使直线两点标识球（42）沿导轨运动方向小范围移动，直至调整到微位移传感器（27）示值极小值位置。