一种测试设备校准装置及其校准方法，本发明专利技术属于几何量计量测试设备，解决现有大尺寸测试设备校准装置存在的投资额大，功能单一，不利于推广应用的问题，用于几何量大尺寸设备综合校准。本发明专利技术的测试设备校准装置，包括导轨、激光干涉仪、头座、工作台、尾座和处理器；本发明专利技术的校准方法利用高精度五维激光干涉仪的精密测长、两维测角及两维自准直功能，精确给出以不同姿态安装在导轨上的实物标准器(或标靶)处于相应位置的特征量；本发明专利技术解决了大型专用测试设备技术状态和检测结果准确性得不到有效的控制的问题，为产品研制和产品的质量提升提供快速准确的计量保障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于几何量计量测试设备，具体涉及一种测试设备校准装置及其校准方 法，用于几何量大尺寸设备综合校准。
技术介绍
现有用于几何量大尺寸测试设备校准的标准装置均采用重型花岗岩精密基线导 轨系统作为运行平台，该系统需要近千万资金投入，且功能不全(缺测长机所具有的内尺寸 与外尺寸精确测量功能以及线纹比较仪所具有的刻线间距精确测量功能，）不利于推广应 用;而成熟的测长机和线纹比较仪等设备测量范围小，功能单一，无法解决形式多样复杂且 量大面广的各类专用测试设备的校准与核查难题。 为清楚理解本专利技术，设立XYZ空间直角坐标系，如图1所示，原点为0，Χ0Ζ平面和纸 面重合，X轴为纸面左右水平方向，Z轴与X轴垂直，为纸面上下方向，Y轴垂直于Χ0Ζ平面(纸 面）；同时，定义在Χ0Ζ平面内绕原点0(Y轴）的旋转角称为偏摆角α;定义在Υ0Ζ平面内绕原点 〇(Χ轴)的的旋转角称为俯仰角β。 本专利技术中，测长类大尺寸测试设备是指测量范围在0~18m的内径千分尺、拉杆尺、 伸缩尺等用于长度尺寸测量的大尺寸计量器具和大型产品制造安装调试与检验用的专用 工装及专用量规等生产检验共用的几何量大型专用测量设备。 线纹类大尺寸测试设备是指测量范围在0~100m的光栅尺、标准钢卷尺、磁栅、容 栅、编码器、感应同步器标尺、殷钢尺、基线尺、线纹尺、因瓦水准标尺、专用划线钢带和测量 范围在0~18m的碳纤维标准尺、金属标尺平面图像标准尺、三维测量设备专用标准尺等。 大尺寸三维测试设备是指具有空间三维坐标测量和不规则形面测量功能的激光 几何量测量系统、三维扫描测量系统、三维影像测量系统、全站仪工业测量系统、激光跟踪 仪测量系统、激光雷达测量系统等测量范围不小于5m的空间大尺寸测量系统设备。
技术实现思路
本专利技术提供一种测试设备校准装置，同时提供利用该校准装置对测试设备的校准 方法，解决现有大尺寸测试设备校准装置存在的投资额大，功能单一，不利于推广应用的问 题。 本专利技术所提供的一种测试设备校准装置，包括导轨、激光干涉仪、头座、工作台、尾 座和处理器，所述导轨沿X轴方向固定设置，导轨左右两端分别固定有激光干涉仪的激光头 和尾座，导轨上激光头和尾座之间自左向右依次安装有头座和工作台，所述头座和工作台 各自分别能够沿导轨水平移动，其特征在于：所述激光干涉仪为五维激光干涉仪，包括激光头、反射镜和光电接收靶，能够同步 实时测量显示出头座沿导轨移动时的线性距离、移动轨迹在Χ0Υ平面投影的直线度、移动轨 迹在Χ0Ζ平面投影的直线度、偏摆角α和俯仰角β共5个参量；所述头座沿Ζ轴方向垂直于导轨，头座的左侧面和顶面分别装有激光干涉仪的反 射镜和光电接收靶;头座的右侧面装有工业COMS相机和活动测量头，所述活动测量头和头 座的右侧面之间装有压力传感器； 所述尾座的左侧面装有固定测杆，固定测杆左端部装有测头，测头能够沿X轴方向 进行调整，并具有α角和β角的调整功能;工作时，将所述测头的测量轴线调整为与所述活动 测量头的测量轴线同轴； 所述工作台为五维浮动工作台，能够相对于导轨沿Χ、Υ、Ζ方向移动，并具有α角和β 角的调整功能，以便于调整被测件的状态； 所述激光头、压力传感器、工业C0MS相机分别通过导线连接所述处理器，由处理器 进行数据采集和处理。 利用所述测试设备校准装置对测长类大尺寸测试设备的校准方法，包括下述步 骤： -、调整激光头，使其光轴与导轨轴线平行，激光头光轴作为基准轴线，并记录被 校设备轴线与基准轴线间的距离Hi，所述被校设备轴线为活动测量头和测头的轴线； 二、沿X轴驱动头座，使得活动测量头与尾座上固定测杆的测头接触，将所述测头 测量轴线调整为和所述活动测量头的测量轴线同轴后通过处理器设置为初始零位； 三、再将头座沿导轨轴线向左移动，至活动测量头与测头之间距离为A0+200mm，其 中A0为被校设备轴向长度标称值，然后通过相应的工装夹具将被校设备沿其轴向安装在五 维浮动工作台上； 四、向右驱动头座，使得活动测量头和测头分别与被校设备左右两端面接触，沿X、 Υ、Ζ、α、β五维方向调整工作台，使被校设备测量轴线与校准装置的基准轴线同轴或平行； 五、通过激光干涉仪采集头座沿X轴移动时的线性距离Li、移动轨迹在Χ0Υ平面投 影的直线度A Zi、移动轨迹在Χ0Ζ平面投影的直线度△ Yi、俯仰角β共4维参量，计算被校设 备轴向长度L: Z = + 丄^/(Δ>7)4 + (//, X ΔΖ/)2 + //, X· Li 六、将头座(3)沿导轨轴线向左移动，与被校设备分离，再重复步骤四和步骤五3~ 5次，以多次计算L值的算术平均值为最终校准结果。 利用所述测试设备校准装置对线纹类大尺寸测试设备的校准方法，包括下述步 骤： -、调整激光头，使其光轴与导轨轴线平行，激光头光轴作为基准轴线； 二、向左驱动头座至极限位置，将被校设备安置在导轨的工作台面上，沿Y方向调 整被校设备测量轴线，使其与基准轴线同轴或平行，记录被校设备测量轴线与基准轴线间 的距离H 2，所述被校设备测量轴线为线纹类大尺寸测试设备轴线；三、沿X方向驱动头座并沿Z方向调整工业C0MS相机，使得被校设备的全部刻线或 校准点均能清晰成像在工业C0MS相机的显示屏上；四、沿X方向驱动头座，使C0MS相机瞄准被校设备零位位置后通过处理器设置为初 始零位；五、依次沿X方向驱动头座至被校设备相应的刻线或校准点位置，采集头座沿X轴 移动时的线性距离Di、移动轨迹在Χ0Υ平面投影的直线度△ Zi、移动轨迹在Χ0Ζ平面投影的 直线度A Yi、俯仰角β共4维参量，计算被校设备两个刻线或校准点之间距离D: D = Di + - λ/(δ Yif +(H2x AZif + //2 x ， Di ~ ~ 六、重复步骤四和步骤五1~3次，以多次计算D值的算术平均值为最终校准结果。 利用所述测试设备校准装置对大尺寸三维测试设备的校准方法，包括下述步骤： -、调整激光头，使其光轴与导轨轴线平行，激光头光轴作为基准轴线； 二、将被校设备安放在校准装置导轨的左端或右端，并调整被校设备的位置，使其 轴线与基准轴线同轴或平行；同时将被校设备的靶球或目标靶固定在头座上，使得被校设 备处于工作状态并记录被校设备轴线与基准轴线间的距离在Χ0Υ平面的投影H 3和在Χ0Ζ平 面的投影H4; 三、根据被校设备的工作行程，在导轨的全长范围内，间隔500mm~1000mm均匀设 定校准点位置，驱动头座(3)至导轨上某一校准点位置，作为校准装置的初始位置，校准装 置和被校设备分别清零； 四、从初始位置向左或向右依次驱动头座(3)至相应的校准点位置，实时采集头座 (3)沿X轴移动时初始位置至各校准点位置的线性距离Ai、移动轨迹在Χ0Υ平面投影的直线 度Δ Zi、移动轨迹在Χ0Ζ平面投影的直线度△ Yi、偏摆角α和俯仰角β共5维参量，计算初始位 置至各校准点位置的线性距离Α; U/ + 丄 X ΔΚ)2 + (//4 X ΔΖ/)2 + //, X _ + //4 X 础， 同时记录被校设备所测量的头座（3)沿X轴移动时初始位置至各校准点位置的线 性距离Bi，i = l、2、…、η，η为校准点的数量； 最后得到各校准点的示值误差Λ iiB本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测试设备校准装置，包括导轨(1)、激光干涉仪(2)、头座(3)、工作台(4)、尾座(5)和处理器(6)，所述导轨(1)沿X轴方向固定设置，导轨(1)左右两端分别固定有激光干涉仪(2)的激光头(2A)和尾座(5)，导轨上激光头(2A)和尾座(5)之间自左向右依次安装有头座(3)和工作台(4)，所述头座(3)和工作台(4)各自分别能够沿导轨(1)水平移动，其特征在于：所述激光干涉仪(2)为五维激光干涉仪，包括激光头(2A)、反射镜(2B)和光电接收靶(2C)，能够同步实时测量显示出头座(3)沿导轨移动时的线性距离、移动轨迹在XOY平面投影的直线度、移动轨迹在XOZ平面投影的直线度、偏摆角α和俯仰角β共5个参量；所述头座(3)沿Z轴方向垂直于导轨，头座(3)的左侧面和顶面分别装有激光干涉仪的反射镜(2B)和光电接收靶(2C)；头座(3)的右侧面装有工业COMS相机(8)和活动测量头(9)，所述活动测量头(9)和头座(3)的右侧面之间装有压力传感器(9A)；所述尾座(5)的左侧面装有固定测杆(10)，固定测杆(10)左端部装有测头(10A)，测头(10A)能够沿X轴方向进行调整，并具有α角和β角的调整功能；工作时，将所述测头(10A)的测量轴线调整为与所述活动测量头(9)的测量轴线同轴；所述工作台(4)为五维浮动工作台，能够相对于导轨沿X、Y、Z方向移动，并具有α角和β角的调整功能，以便于调整被测件的状态；所述激光头(2A)、压力传感器(9A)、工业COMS相机(8)分别通过导线连接所述处理器(6)，由处理器(6)进行数据采集和处理。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梅利江，郭一鸣，陈俊，殷义勇，冷栋，
申请(专利权)人：武昌船舶重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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