【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学仪器检测，尤其涉及一种三维空间内真三轴垂直度校准系统及方法，为多条轴线间垂直度测量和校准提供一种简便、快捷且误差小的手段。
技术介绍
1、随着现代工程技术的不断发展，越来越多先进的工程仪器被制造出来，而由于精度不达标导致仪器不能使用甚至损坏的问题时有发生，如由于机床由于主轴偏心导致机床报废的问题始终难以得到根治，而解决方式只能从进一步提高零件精度或改进装配校准方法着手，但正如机床永远无法加工出高于自身精度的零件一样，产品的精度严重依赖于其生产、制造等过程中所使用的仪器，而成品的精度又被所使用的零件制约。因此对于高精度的轴间垂直度校准方法的研究是十分必要的。
2、自准直仪是一种先进的测量检测仪器，其功能特性之一就是可以得到被测表面的相较于其基准平面的角度偏差，利用这种特性便可以进行垂直度检测，而常规通过自准直仪进行轴线垂直度校准的方式被限制在同一平面内；当拓展到三维空间时，一种方式是通过转台转动镜面使得光线反射到另一垂直方向，现有方式将转台的转动角度作为实际镜面偏转角度，但是转台自身存在加工误差、装配误差等，导致镜面的偏转角度存在初始误差，后果便是后续的所有测量及定位结果都是不准确的；另外一种方式就是采用更为复杂的反射镜或反射系统，但是反射镜或反射系统越复杂，其自身存在的误差也就越大。因此，在目前的研究中，缺乏一种能够采用简易结构且无中间过程误差的方式进行三维空间下多轴垂直度的校准系统和方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种三维空间内真三轴线垂直度
2、本专利技术采用的技术方案是，一种三维空间内真三轴线垂直度校准系统，该系统包括自准直仪、光学组件，所述的光学组件通过安装架安装在自准直仪前端，并通过螺栓夹紧。
3、所述的光学组件包括转台ⅰ、直角连接板、转台ⅱ、镜筒、安装架、分光镜、镜架和反射镜，其中转台ⅰ底面固定在安装架上，直角连接板一侧安装在转台ⅰ上、另一侧用于转台ⅱ的安装，镜架底面安装在转台ⅱ上，反射镜安装在镜架前端，并保证与镜架前端孔同轴，分光镜安装在镜架前端的预留槽中，分光镜一侧的外面镀有分光膜，镜筒用于校准基准轴或待测轴。
4、所述分光镜镀的分光膜用于透过低于截至波长的光束，同时反射高于截至波长的光束。
5、所述镜筒包括镜筒架、双凸透镜、汇聚物镜ⅰ、汇聚物镜ⅱ，其中双凸透镜安装在镜筒架内侧，汇聚物镜ⅰ或汇聚物镜ⅱ安装在镜筒架外侧，且汇聚物镜ⅰ、汇聚物镜ⅱ焦距不同，替换使用。
6、本专利技术提供一种三维空间内真三轴线垂直度校准方法，包括下列步骤：
7、步骤一、将镜筒安装在基准轴前端，此时不安装光学组件，将自准直仪摆放在与镜筒同轴的位置，然后打开自准直仪，不断微调自准直仪，直到自准直仪的操作界面上能够观察到返回像为止；
8、步骤二、切换汇聚物镜ⅰ、汇聚物镜ⅱ，两物镜汇聚光经过双凸透镜汇聚到不同的点，两点连线代表相应轴线上的一条线段，观察使用不同的汇聚物镜时自准直仪接收到的像是否有变化，若两像重叠，则说明上述线段两端点投影到准直仪接收面上的像重合，即其轴线与基准轴重合，若两像不重叠，则需根据自准直仪所显示的两像的角度差值，进一步微调自准直仪，直到两像重叠或在可接受的误差范围内；
9、步骤三、将光学组件通过安装架安装在自准直仪前端，并固定好，然后将镜筒安装在待测轴前端；
10、步骤四、进行调平操作，拆除光学组件上的分光镜，转动转台ⅱ，直到自准直仪所显示的两个角度值为0°为止，此时反射镜与自准直仪所发射激光垂直；
11、步骤五、安装光学组件上的分光镜至原位置，反射镜的角度记为 θ，自准直仪所发射的激光波长在一定区间范围内，到达分光镜后，高于分光膜截至频率的光束被反射，记为光1，低于分光膜截至波长的光束被透过，记为光2，光2经过平面镜反射后无法透过分光镜，被分光镜的另一侧反射，再经反射镜反射后被准直仪接收，自准直仪所显示的两个角度分别记为 ω4、 α7，满足关系：
12、
13、转动转台ⅰ调节反射镜角度，直到通过式(1)计算得到的角度值为45°；
14、步骤六、除光学组件上的分光镜，此时自准直仪所发射激光经过反射镜反射后，反射光与原入射光垂直，不存在误差，切换汇聚物镜ⅰ、汇聚物镜ⅱ，便可通过自准直仪所显示的前后两组角度值判断待测轴是否与基准轴垂直，若不垂直，得到相应的垂直度偏差。
15、本专利技术还包括重复所述步骤四到六，以类似的方式校准其它待测轴是否与基准轴垂直，完成三维空间内真三轴的垂直度校准。
16、本专利技术的有益效果在于：通过利用简易的位置、角度调整机构，可实现三维空间下的多轴线垂直度测量和校准，并通过光学反射原理计算出不同角度的关系，消除了由于装配、以及除镜片以外的加工所带来的各类误差，具有极高的测量精度，为各类精密仪器的搭建提供了一种新的测量和校准方法。另外本专利技术所涉及的结构简单、搭建方便，实用性强且易于普及。
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1.一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：包括自准直仪、光学组件，所述的光学组件通过安装架安装在自准直仪前端，并通过螺栓夹紧。
2.根据权利要求1所述的一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：所述的光学组件包括转台Ⅰ、直角连接板、转台Ⅱ、镜筒、安装架、分光镜、镜架和反射镜，其中转台Ⅰ底面固定在安装架上，直角连接板一侧安装在转台Ⅰ上、另一侧用于转台Ⅱ的安装，镜架底面安装在转台Ⅱ上，反射镜安装在镜架前端，并保证与镜架前端孔同轴，分光镜安装在镜架前端的预留槽中，分光镜一侧的外面镀有分光膜，镜筒用于校准基准轴或待测轴。
3.根据权利要求2所述的一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：所述分光镜镀的分光膜用于透过低于截至波长的光束，同时反射高于截至波长的光束。
4.根据权利要求2所述的一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：所述镜筒包括镜筒架、双凸透镜、汇聚物镜Ⅰ、汇聚物镜Ⅱ，其中双凸透镜安装在镜筒架内侧，汇聚物镜Ⅰ或汇聚物镜Ⅱ安装在镜筒架外侧，且汇聚物镜Ⅰ、汇聚物镜Ⅱ焦距不同，替换使用。
5.采用如权利要求
6.根据权利要求5所述一种三维空间内真三轴线垂直度校准方法，其特征在于，还包括重复所述步骤四到六，以类似的方式校准其它待测轴是否与基准轴垂直，完成三维空间内真三轴的垂直度校准。
...【技术特征摘要】
1.一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：包括自准直仪、光学组件，所述的光学组件通过安装架安装在自准直仪前端，并通过螺栓夹紧。
2.根据权利要求1所述的一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：所述的光学组件包括转台ⅰ、直角连接板、转台ⅱ、镜筒、安装架、分光镜、镜架和反射镜，其中转台ⅰ底面固定在安装架上，直角连接板一侧安装在转台ⅰ上、另一侧用于转台ⅱ的安装，镜架底面安装在转台ⅱ上，反射镜安装在镜架前端，并保证与镜架前端孔同轴，分光镜安装在镜架前端的预留槽中，分光镜一侧的外面镀有分光膜，镜筒用于校准基准轴或待测轴。
3.根据权利要求2所述的一种三维空间内真三轴垂直度校准系统，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，贺富涛，张世忠，朱航，刘鹏，马双伟，姚丙南，邵贺，曹伟，荣明浩，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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