CN113483698B - 一种激光平面间垂直度的校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光平面间垂直度的校准装置，包括多齿分度台、L型铁板，L型铁板安置有三扫描激光发射器，三扫描激光发射器下部有磁座，三扫描激光发射器通过磁座吸附在L型铁板上，还包括若干探测靶，以及立柱，立柱与水平基准面垂直。本发明为解决激光平面无法参照实物平面间垂直度校准的问题，提出一种基于交换法的数光平面间垂直度校准装置及校准方法，通过改变水平激光平面基准的建立条件，实现了交换测里，保证了校准激光平面间垂直度的可行性；通过抵消标准平面与矩形金属立柱之间的垂直度误差的影响，进而实现了对激光平面间垂直度的校准；结构简单，制造成本低，使用其进行校准的过程，快速方便，校准精度高适宜广泛推广应用。

Description

一种激光平面间垂直度的校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及数控机床校准设备技术领域，具体是指一种激光平面间垂直度的校准装置及其校准方法。

背景技术

在现代工业中，高档数控机床具有高精度、大行程、多轴联动等特点，故而被广泛应用于加工整体尺寸大、结构形状复杂的产品。为了保障产品的加工质量，需要确保高档数控机床的几何精度符合技术要求，其中包括直线度、平面度和垂直度等。由于高档数控机床的行程太大，而传统测里装置的里程太小，长距离则量需要分段完成，不仅则里过程中存在的不确定因素较多，使得测量可控性差，而且测里效率低，因此采用三扫描激光发射器对高档数控机床的几何参数进行则量。三扫描激光发射器作为高精度激光设备，在运输、安装、使用过程中的各种因素可能会引起激光转塔发生几何偏移，因此需要确认激光转塔自旋扫描产生的激光平面间垂直度符合设备技术指标，以保证测里结果的准确可靠。

目前产品几何技术规范中垂直度误差的检验与验证方案适用于实物的校准，而激光平面是由激光发射器通过旋转生成，因此当前的计量器具无法计量。传统的垂直度误差的检验与验证方案适用于实物的校准，无法对激光发射器通过旋转生成的激光平面进行校准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效提高校准效率和准确度的激光平面间垂直度的校准装置。

本发明的另一个目的通过上述校准装置，高效准确的进行激光平面间垂直度校准的方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种激光平面间垂直度的校准装置，包括下部的多齿分度台以及置于多齿分度台上表面的L型铁板，所述L型铁板的下板面上安置有三扫描激光发射器，所述三扫描激光发射器下部固定有磁座，三扫描激光发射器通过磁座吸附在L型铁板的下板面上，还包括若干能够探测到三扫描激光发射器发射激光的探测靶，以及固定探测靶的立柱，所述立柱与水平基准面垂直。

本技术方案的工作原理为，几何准直测量***由精密三扫描准直激光仪和探测靶组成，其中精密三扫描准直激光仪提供两个垂直激光器和一个水平激光器，带有可调整的底座。本校准装置三维图见图1，由多齿分度台和L型铁板组成，多齿分度台可精确调整旋转角度，L型铁板可供水平和垂直放置精密三扫描准直激光仪。

为更好的实现本发明的装置，进一步地，所述磁座与L型铁板之间还设置有矩形铁块。矩形铁块的目的是为了调节三扫描激光发射器的高度，使其能够更好的与探测靶配合，实现精准的校准。

为更好的实现本发明的装置，进一步地，所述L型铁板的下板面与垂直板面内侧均设置有安放矩形铁块的标记。

一种激光平面间垂直度的校准方法，包括以下步骤：

S1：安装好权利要求1~3任一项所述的校准装置，基于校准装置构建水平激光平面基准；

S2：读取立柱上近点和远点处探测靶的示值；

S3：转动三扫描激光发射器，使其旋转180°，然后重新建立水平激光平面基准；

S4：反向转动三扫描激光发射器180°，使其回到最初的位置；

S5：再次读取立柱上近点和远点处探测靶的示值；

D6：依据步骤S2和步骤S5所读取的示值和激光平面垂直度误差计算公式，计算激光平面垂直度误差。

其中，步骤S3和步骤S4中，通过转动三扫描激光发射器旋转180°，重新建立水平激光平面基准，再反向转动至原位，是为了使得标准平面与矩形金属立柱之间的垂直度误差对测量结果起相反的作用。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤S1和步骤S3中，建立水平激光平面基准点的方法，均是通过三点法建立水平激光平面基准，即调整三扫描激光发射器的俯仰角和翻滚角，使得俯仰轴方向近点和远点处探测靶的示值为零，滚动油方向远点处探测靶的示值为零。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤S2和步骤S5中，探测靶先放置于立柱上的近点且示值置零，后放置于立柱上的远点，要求近点与远点的距离大于0.5m。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明为解决激光平面无法参照实物平面间垂直度校准的问题，提出一种基于交换法的数光平面间垂直度校准装置及校准方法，通过改变水平激光平面基准的建立条件，实现了交换测里，保证了校准激光平面间垂直度的可行性；

（2）本发明通过抵消标准平面与矩形金属立柱之间的垂直度误差的影响，进而实现了对激光平面间垂直度的校准；

（3）本发明提供的校准装置结构简单，制造成本低，使用其进行校准的过程，快速方便，校准精度高适宜广泛推广应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明中校准装置的立体结构示意图；

图2为本发明中校准装置进行校准过程的立体结构图；

图3为本发明所述方法校准过程中建立激光基准平面示意图；

图4为本发明所述方法校准过程中各结构初始安装位置的俯视图；

图5为本发明所述方法校准过程中各结构测量位置的俯视图。

其中：1—多齿分度台，2—L型铁板，3—三扫描激光发射器，4—磁座，5—矩形铁块，6—探测靶，7—立柱。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例的主要结构，如图1所示，包括下部的多齿分度台1以及置于多齿分度台1上表面的L型铁板2，所述L型铁板2的下板面上安置有三扫描激光发射器3，所述三扫描激光发射器3下部固定有磁座4，三扫描激光发射器3通过磁座4吸附在L型铁板2的下板面上，还包括若干能够探测到三扫描激光发射器3发射激光的探测靶6，以及固定探测靶6的立柱7，所述立柱与水平基准面垂直。

具体校准过程，如图2所示，包括以下步骤：

S1：安装好权利要求1~3任一项所述的校准装置，基于校准装置构建水平激光平面基准；

S2：读取立柱7上近点和远点处探测靶6的示值；

S3：转动三扫描激光发射器3，使其旋转180°，然后重新建立水平激光平面基准；

S4：反向转动三扫描激光发射器3180°，使其回到最初的位置；

S5：再次读取立柱7上近点和远点处探测靶6的示值；

D6：依据步骤S2和步骤S5所读取的示值和激光平面垂直度误差计算公式，计算激光平面垂直度误差。

其中，所述步骤S1和步骤S3中，建立水平激光平面基准点的方法，均是通过三点法建立水平激光平面基准，即调整三扫描激光发射器的俯仰角和翻滚角，使得俯仰轴方向近点和远点处探测靶的示值为零，滚动油方向远点处探测靶的示值为零。

所述步骤S2和步骤S5中，探测靶6先放置于立柱7上的近点且示值置零，后放置于立柱7上的远点，要求近点与远点的距离大于0.5m。

步骤S3和步骤S4中，通过转动三扫描激光发射器旋转180°，重新建立水平激光平面基准，再反向转动至原位，是为了使得标准平面与矩形金属立柱之间的垂直度误差对测量结果起相反的作用。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步增设了矩形铁块5，所述磁座4与L型铁板2之间还设置有矩形铁块5。矩形铁块的目的是为了调节三扫描激光发射器的高度，使其能够更好的与探测靶配合，实现精准的校准。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了L型铁板2的结构，所述L型铁板2的下板面与垂直板面内侧均设置有安放矩形铁块5的标记。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例提供了具体的校准实例，如图3~5所示，具体校准步骤如下：

1）建立激光基准平面LP#1使其平行于机床床身的三个基准探测靶，如图3所示；

2）校准LP#3，使其平行于基准探测靶，如图4所示；

3）用探测靶测量激光平面LP#2，获得测量点的数据MP#1和MP#2，如图4所示；

4）调节多齿分度台，使其带动精密三扫描准直激光仪旋转90°，校准LP#2使其平行与基准探测靶，如图5所示；

5）再次调整多齿分度台，使其带动精密三扫描准直激光仪逆向旋转90°，用测量靶测量激光平面LP#3，获得测量点的数据MP#3和MP#4，如图5所示。以实例为例，测量点#1和测量点#2之间的距离为5inch，MP#1为0.0000″，MP#2为0.0020″，MP#3为0.0000″，MP#4为0.0030″，则激光平面LP#2和激光平面LP#3之间的垂直度为b/w，即（MP#4-MP#2）/2=0.0005″in 5 inch。

如若要校准激光水平面LP#1与激光垂直平面LP#2、LP#3之间平面垂直度，需将精密三扫描准直激光仪放置于L型铁板的垂直面，并确保激光器2或3朝上，具体校准方法参照上述校准过程，即可计算出激光平面LP#1和激光平面LP#2、LP#3之间的垂直度。

可以理解的是，根据本发明一个实施例的校准装置结构，例如多齿分度台1和磁座4等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，其中，多齿分度台1由两个具有相同外径、齿形、齿距的端面齿盘组成的精密角度测量工具(见长度测量工具)。图为多齿分度台的外形。测量时上齿盘抬起，并按被测角度的基本值转动一个角度，然后下降与下齿盘重新啮合,以所转过的角度与被测角度比较,即可测得被测角度的误差。多齿分度台常与自准直仪组合，用于检定多面棱体、角度量块、光学回转工作台等，或与测微仪(见比较仪)等组合，用于测量高精度齿轮的周节误差、分度板的分度误差等；还可用于加工中的精密分度等。端面齿盘的齿数常见的有 360、720和1440等3种。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种激光平面间垂直度的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：安装好激光平面间垂直度的校准装置，基于校准装置构建水平激光平面基准；所述激光平面间垂直度的校准装置包括下部的多齿分度台（1）以及置于多齿分度台（1）上表面的L型铁板（2），所述L型铁板（2）的下板面上安置有三扫描激光发射器（3），所述三扫描激光发射器（3）下部固定有磁座（4），三扫描激光发射器（3）通过磁座（4）吸附在L型铁板（2）的下板面上，还包括若干能够探测到三扫描激光发射器（3）发射激光的探测靶（6），以及固定探测靶（6）的立柱（7），所述立柱与水平基准面垂直；

S2：读取立柱（7）上近点和远点处探测靶（6）的示值；

S3：转动三扫描激光发射器（3），使其旋转180°，然后重新建立水平激光平面基准；

S4：反向转动三扫描激光发射器（3）180°，使其回到最初的位置；

S5：再次读取立柱（7）上近点和远点处探测靶（6）的示值；

S6：依据步骤S2和步骤S5所读取的示值和激光平面垂直度误差计算公式，计算激光平面垂直度误差。

2.根据权利要求1所述的一种激光平面间垂直度的校准方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S3中，建立水平激光平面基准点的方法，均是通过三点法建立水平激光平面基准，即调整三扫描激光发射器的俯仰角和翻滚角，使得俯仰轴方向近点和远点处探测靶的示值为零，滚动油方向远点处探测靶的示值为零。

3.根据权利要求1或2所述的一种激光平面间垂直度的校准方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S5中，探测靶（6）先放置于立柱（7）上的近点且示值置零，后放置于立柱（7）上的远点，要求近点与远点的距离大于0.5m。

4.根据权利要求1所述的一种激光平面间垂直度的校准方法，其特征在于，所述磁座（4）与L型铁板（2）之间还设置有矩形铁块（5）。

5.根据权利要求4所述的一种激光平面间垂直度的校准方法，其特征在于，所述L型铁板（2）的下板面与垂直板面内侧均设置有安放矩形铁块（5）的标记。

Images