几何公差测量设备及其测量方法技术

本发明专利技术公开几何公差测量设备及其测量方法，几何公差测量设备包括基座、导轨、移动平台、固定平台、旋转台。测量方法，包括上述的几何公差测量设备，还包括以下步骤，构造两条标准的直线、一个标准平面及两条标准直线的垂直度；安装被测仪器；直线度测量；平面度测量；垂直度测量。能够完善激光几何公差参数测量仪器校准方法，能够完善激光几何公差参数测量仪器溯源体系，高准确度的测量激光几何公差参数测量仪器示值误差的标准器，可为激光几何公差参数测量仪器的国产化提供良好的技术支持，降低购买设备成本，提高企业的经济效益。提高企业的经济效益。提高企业的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
几何公差测量设备及其测量方法


[0001]本专利技术涉及测量
，特别涉及一种几何公差测量设备及其测量方法。

技术介绍

[0002]为了应对现代工业、航天航空领域对高精度大尺寸几何量精确测量的需求，配合工业制造、能源设备、航天航空等大型装备要求,目前已将大空间坐标测量扩展至大空间位姿6维参量测量，坐标测量系统已从传统的正交系统向非正交坐标测量系统发展。特别是随着激光测量及传感器技术的快速发展，出现了无需坐标测量系统就可测量大尺寸机械产品直线度、平面度、垂直度、平行度、同轴度等几何公差参数的激光测量仪器。
[0003]用于测量直线度、平面度、垂直度、平行度、同轴度等参数的激光几何公差参数测量仪器主要包括：激光测平仪、激光直线度测量仪、激光垂直度测量仪、机床加工中心校准系统、二轴及三轴扫描系统等。该类仪器已广泛应用于电力、船舶、航空航天、铁路、数控加工中心等大型机械装备制造业的测量及运行中的设备动态监控。由于该类仪器准确度高，使用简便，在国内进口激光几何公差参数测量仪器的数量持续增加，具有很大的增长空间。而国内针对上述测量仪器还没有统一的测量依据，测量标准尚未建立。
[0004]虽然该类激光几何公差参数测量仪器的测量精度高，操作简单，效率高，但是国外商品化的该类激光几何公差参数测量仪器价格昂贵，限制了该类激光几何公差参数测量仪器在国内企业中的推广应用。近年来国内的很多人都对该类激光几何公差参数测量仪器的测量原理和算法优化等方面做了大量的研究，提出了各种测量原理的数学模型，为国产化奠定了基础。但目前国产化还很低，测量准确度与进口仪器相比也有较大的差距，因此研制操作简便、高精度的具有自主知识产权的国产激光几何公差参数测量仪器对提高企业的经济效益和产品质量具有很大的意义。激光几何公差参数测量仪器的测量准确度不但与坐标量、距离等的数学模型的理论值有关，还需要进行非线性的补偿，建立更准确的模型，这就需要对仪器进行准确的测量，确定其示值误差与坐标量、距离等的数学关系模型。目前国内还没有测量激光几何公差参数测量仪器示值误差完善的测量方法及高准确度的测量设备，无法为仪器的国产化提供很好的技术支持。
[0005]目前在国内外基本都是采用一可移动的平台校准接收传感器的示值误差，利用0级平板测量其线性度及平面度，利用0级平板及直角尺组合测量其垂直度。目前有高准确度的平台可满足被测仪器接收传感器示值误差的测量要求。由于平板及直角尺的测量范围有限，所以对仪器的直线度、平面度及垂直度，无法在仪器的有效测量范围内进行全面测量及评估，而且由于0级平板及直角尺的直线度、平面度、垂直度的准确度不高，所以限制了激光几何公差参数测量仪向更高准确度的方向发展。解决该类几何仪器测量校准的方法是：使用比平板及直角尺准确度更高的大尺寸标准直线、标准平面、标准垂直度进行测量校准。但是，由于制造成本、安装场地、标准器变形、测量方法等原因，很难建立大尺寸标准直线、平面、垂直度的实物标准器。利用一大长度的平台及导轨、激光干涉仪、旋转台组合，可以构建高准确度的大尺寸标准直线、平面、垂直度的标准器，其可直接溯源至激光干涉仪，大大提
高了测量精度，解决激光几何公差参数测量仪测量的难题。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了几何公差测量设备，包括基座及设于基座上的导轨，还包括以下部件：
[0007]移动平台、固定平台，移动平台、固定平台设于导轨上并沿基座的中轴方向分布，移动平台能够相对于固定平台沿基座中轴方向在导轨上进行移动；
[0008]旋转台，旋转台设于固定平台上且位于基座的中轴上，旋转台上可放置被测仪器；
[0009]第一激光干涉仪、第二激光干涉仪，第一激光干涉仪、第二激光干涉仪均设于固定平台上，第一激光干涉仪、第二激光干涉仪沿中轴对称分布；
[0010]第一反射镜、第二反射镜，第一反射镜、第二反射镜均设于移动平台上，第一反射镜、第二反射镜沿中轴对称分布；
[0011]第一反射镜与第一激光干涉仪的连线、第二反射镜与第二激光干涉仪的连线均与中轴平行。
[0012]本专利技术提供一种利用激光干涉与角度编码原理相结合，对仪器的几何公差参数进行测量的设备，本设备根据激光几何公差参数测量仪器的量值传递规律，建立激光几何公差参数类测量仪器溯源体系；可解决国内无法准确校准激光几何公差参数测量仪器的直线度、平面度及垂直度的问题，实现量值的统一，建立和完善该类仪器校准方法及溯源体系，保证它们的测量准确可靠。
[0013]在一些实施方式中，旋转台位于第一激光干涉仪、第二激光干涉仪之间的连线上。
[0014]在一些实施方式中，被测仪器、接收传感器、第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、第一反射镜以及第二反射镜均位于同一平面内。
[0015]由此，保证测量准确可靠。
[0016]在一些实施方式中，第一激光干涉仪、第一反射镜之间配合，用于构建在水平面上垂直方向的标准直线。
[0017]由此，通过第一激光干涉仪、第一反射镜之间构建在水平面上垂直方向的直线，且以之为在垂直方向的标准直线。
[0018]在一些实施方式中，第二激光干涉仪、第二反射镜之间配合，用于构建在水平面上水平方向的标准直线。
[0019]由此，通过第二激光干涉仪、第二反射镜之间构建在水平面上水平方向的直线，且以之为在水平方向的标准直线。
[0020]在一些实施方式中，导轨沿基座的中轴延伸，固定平台设于导轨的一端，移动平台可活动地设于导轨上，移动平台沿导轨远离或靠近固定平台。
[0021]由此，利用导轨保证移动平台的移动轨迹。
[0022]根据本专利技术的一个方面，还提供了测量方法，包括上述的几何公差测量设备，还包括以下步骤，
[0023]构造两条标准的直线：第一激光干涉仪、第一反射镜之间配合，得到的特征点构造在水平面上垂直方向的标准直线，第二激光干涉仪、第二反射镜之间配合，得到的特征点构造在水平面上水平方向的标准直线；
[0024]构造一个标准的平面：旋转台的水平旋转角、第一激光干涉仪、第一反射镜之间配合，得到的特征点构造在水平面上的标准平面；
[0025]构造一个标准的两直线垂直度：旋转台垂直方向的旋转角、第一激光干涉仪、第一反射镜之间配合，得到的特征点构造水平与垂直平面间两直线的标准垂直度；
[0026]构造一个标准的直线与平面的垂直度：旋转台、第一激光干涉仪、第一反射镜之间配合，得到的特征点构造水平平面与垂直平面直线的标准垂直度；
[0027]安装被测仪器；
[0028]直线度测量：
[0029]在导轨的起始位置分别对激光干涉仪及被测仪器置零，移动平台沿中轴方向远离固定平台，在标准直线全长范围内均匀分布不少于10个测量点，分别读取第一激光干涉仪、第二激光干涉仪、被测仪器的读数；
[0030]第一激光干涉仪的读数与被测仪器垂直方向对应点的读数差，构造到被测仪器垂直方向直线度的特征点，按照直线度计算方法可得被测仪器垂直方向的直线度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.几何公差测量设备，包括基座(1)及设于基座(1)上的导轨(2)，其特征在于，还包括以下部件：移动平台(3)、固定平台(4)，所述移动平台(3)、固定平台(4)设于导轨(2)上并沿所述基座(1)的中轴方向分布，所述移动平台(3)能够相对于固定平台(4)沿基座(1)中轴方向在导轨(2)上进行移动；旋转台(5)，所述旋转台(5)为水平及垂直两转轴的标准转台，设于固定平台(4)上且位于基座(1)的中轴上，所述旋转台(5)上可放置被测仪器(A)；接收传感器(6)，所述接收传感器(6)设于移动平台(3)上且位于基座(1)的中轴上，用于与被测仪器(A)配合传感；第一激光干涉仪(7)、第二激光干涉仪(8)，所述第一激光干涉仪(7)、第二激光干涉仪(8)均设于固定平台(4)上，所述第一激光干涉仪(7)、第二激光干涉仪(8)沿中轴对称分布；第一反射镜(9)、第二反射镜(10)，所述第一反射镜(9)、第二反射镜(10)均设于移动平台(3)上，所述第一反射镜(9)、第二反射镜(10)沿中轴对称分布；所述第一反射镜(9)与所述第一激光干涉仪(7)的连线、所述第二反射镜(10)与所述第二激光干涉仪(8)的连线均与所述中轴平行。2.根据权利要求1所述的几何公差测量设备，其特征在于，所述旋转台(5)位于第一激光干涉仪(7)、第二激光干涉仪(8)之间的连线上。3.根据权利要求1所述的几何公差测量设备，其特征在于，所述被测仪器(A)、所述接收传感器(6)、第一激光干涉仪(7)、第二激光干涉仪(8)、第一反射镜(9)以及第二反射镜(10)均位于同一平面内。4.根据权利要求1所述的几何公差测量设备，其特征在于，所述第一激光干涉仪(7)、第一反射镜(9)之间配合，用于构建垂直方向的标准直线。5.根据权利要求1所述的几何公差测量设备，其特征在于，所述第二激光干涉仪(8)、第二反射镜(10)之间配合，用于构建水平方向的标准直线。6.根据权利要求1所述的几何公差测量设备，其特征在于，所述导轨(2)沿基座(1)的中轴延伸，所述固定平台(4)设于导轨(2)的一端，所述移动平台(3)可活动地设于导轨(2)上，所述移动平台(3)沿导轨(2)远离或靠近固定平台(4)。7.测量方法，包括权利要求1－6任一所述的几何公差测量设备，其特征在于，还包括以下步骤，构造两条标准的直线：第一激光干涉仪(7)、第一反射镜(9)之间配合，得到的特征点构造在水平面上垂直方向的标准直线，第二激光干涉仪(8)、第二反射镜(10)之间配合，得到的特征点构造在水平面上水平方向的标准直线；构造一个标准的平面：旋转台(5)的水平旋转角、第一激光干涉仪(7)、第一反射镜(9)之间配合，得到的特征点构造在水平面上的标准平面；构造两条直线的标准垂直度：旋转台(5)垂直的旋转角、第一激光干涉仪(7)、第一反射镜(9)之间配合，得到的特征点构造在水平平面上一直线与垂直平面上一直线的标准垂直度；构造一个平面与一直线的标准垂直度：旋转台(5)两个相互垂直的旋转角、第一激光干涉仪(7)、第一反射镜(9)之间配合，得到的特征点构造水平平面与垂直平面一直线的标准
垂直度；安装被测仪器(A)；直线度测量：在导轨(2)的起始位置分别对激光干涉仪及被测仪器置零，移动平台(3)沿中轴方向远离固定平台(4)，在标准直线全长范围内均匀分布不少于10个测量点，分别读取第一激光干涉仪(7)、第二激光干涉仪(8)、被测仪器(A)的读数；第一激光干涉仪(7)的读数与被测仪器(A)垂直方向对应点的读数差，构造到被测仪器(A)在垂直方向直线度的特征点，按照直线度计算方法可得被测仪器(A)垂直方向的直线度；第二激光干涉仪(8)的读数与被测仪器(A)水平方向对应点的读数差，构造到被测仪器(A)在水平方向直线度的特征点，按照直线度计算方法可...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁平，陈伟琪，黄耀坤，张勇，黄振宇，徐全坤，张玉珍，鲁力维，张嘉淇，吴家辉，卢粲，
申请(专利权)人：广东省计量科学研究院华南国家计量测试中心，
类型：发明
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