本发明专利技术激光位移传感器倾斜角误差的检测装置及方法属于误差检测及补偿领域。检测装置由传感器夹具组件，倾斜角测量平台组件组成。其中，传感器夹具组件由调整板、夹具基座、六角螺母、夹具杆、十字盘头螺栓、螺栓、微调螺栓组成；倾斜角测量平台组件由内六角螺栓、基座、螺钉、步进电机、槽型电机支座、平行式联轴器、倾斜角旋转测量轴、锁紧圆螺母、一号套筒、端盖、二号套筒、一对角接触球轴承、三号套筒、测量平台支座组成。采用激光位移传感器进行动态寻边的检测方法，保证激光位移传感器的出射光线准确地投射到实验被测表面中线上。该装置实现了倾斜角误差的测量，为后续的倾斜角误差补偿提供了数据依据，测量精度高，操作简单，适用性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于误差检测及补偿领域，特别涉及采用三角法激光位移传感器的倾斜角 误差检测装置及检测方法。
技术介绍
随着工业测量领域的不断扩展以及对测量精度和测量速度要求的不断提高，传统 的接触式测量已经无法满足工业界的需求。而非接触测量由于其良好的精确性和实时性， 已经成为测量领域的热点。随着电子学和光学技术的飞速发展，半导体激光器、光电位置探 测器(PSD)和电荷耦合器件(CCD)的出现及其性能的不断完善，使得基于三角法测量的激 光位移传感器(以下简称激光位移传感器)成为非接触测量的一种主要方法。由于其数据 点获取的高速性以及随之而来的测量时间和成本的降低，使得其在复杂三维曲面的快速测 量和逆向工程中得到了广泛的应用。目前用于测量的激光位移传感器，大多采用直射式三角法原理。三角法原理测量 的前提是激光位移传感器的出射光束始终与被测表面法线方向一致。规定被测表面上入射 点处，法线与传感器出射光的方向不重合时称被测表面发生了倾斜，其夹角称为倾斜角。当 被测表面发生倾斜时，虽然被测点与激光位移传感器之间的距离没有发生变化，但散射光 的空间分布将发生变化，从而使接收透镜接收到的光能量发生变化，这就使得激光位移传 感器检测的光斑光能的质心位置发生变化。也就是说，此时激光位移传感器的测量值已经 不能代表被测点的实际位置，存在倾斜角误差。经实验验证，当被测面的倾斜角达到30度 时，倾斜角误差将大于激光位移传感器测量精度两个数量级，而实际测量过程中，倾斜角的 存在是不可避免的，尤其是在复杂曲面的精密测量过程中，倾斜角误差成为制约高精密测 量的关键因素之一，严重限制了激光位移传感器的测量精度与使用范围。因此，倾斜角误差 的测量量化与补偿显得尤为重要。目前用于测量倾斜角误差的方法中，不能得出任意倾斜 角度下误差的具体值，可操作性差，测量不准确，精度不高。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是针对现有技术的缺欠，专利技术了一种适用于任何一款 激光位移传感器的倾斜角误差检测装置及方法，本装置及方法可以在保证激光位移传感 器实测位移不变的前提下，实现被测表面任意角度的倾斜及定位。从而准确有效地测得激 光位移传感器任意测量位移下，任意倾斜角度所带来的倾斜角误差具体值。本专利技术采用研 华A/D转换卡PCI-1716L板卡作为数据采集转化的核心，保证了动态寻边测量的准确性与 实时性，数据可靠性强。为倾斜角误差的补偿提供了准确的误差数值结果。本专利技术所采用的技术方案是一种激光位移传感器倾斜角误差的检测装置，其特 征是检测装置由传感器夹具组件II、倾斜角测量平台组件III组成；其中，传感器夹具组 件II由调整板18、夹具基座19、六角螺母20、夹具杆21、十字盘头螺栓22、螺栓23、微调螺 栓24组成；夹具杆21上部加工成锥形，插入机床主轴Z轴I内的锥形孔中，夹具杆21下部绞有螺纹，将安装有六角螺母20的夹具杆21旋入夹具基座19顶部的螺纹孔中，再通过六 角螺母20锁紧夹具基座19 ；具有弹性的调整板18通过2个十字盘头螺栓22固定于夹具 基座19的上部，左、中、右三个微调螺栓M通过螺纹孔安装在夹具基座19的下部，激光位 移传感器17通过2个对角安装的螺栓23固定在调整板18上；倾斜角测量平台组件III由 内六角螺栓1、基座2、螺钉3、步进电机6、槽型电机支座7、平行式联轴器8、倾斜角旋转测 量轴9、锁紧圆螺母10、一号套筒11、端盖12、二号套筒13、一对角接触球轴承14、三号套筒 15、测量平台支座16组成；倾斜角旋转测量轴9上从左到右依次加工有实验被测表面a、退 刀槽b、定位轴肩C、安装面d、螺纹面e、外伸段f;其中，精密加工得到的实验被测表面a，通 过倾斜角旋转测量轴9的中心轴线，三号套筒15、一对角接触球轴承14、二号套筒13、一号 套筒11从左到右依次套在安装面d上，并通过锁紧圆螺母10与螺纹面e的配合紧固在倾 斜角旋转测量轴9上，再将倾斜角旋转测量轴9安装在测量平台支座16的内孔中，倾斜角 旋转测量轴9通过端盖12的外螺纹与测量平台支座16右侧螺纹孔的旋紧配合实现轴向固 定；测量平台支座16通过4个内六角螺栓1固定在基座2上；外伸段f通过平行式联轴器 8与步进电机6的输出轴相连，步进电机6通过4个螺钉3固定在槽型电机支座7上，槽型 电机支座7通过2个内六角螺栓1固定在基座2上，起支撑固定作用的基座2通过压板装 置5固定于机床水平工作平台IV上。所采用的检测方法的特征是，采用激光位移传感器进行动态寻边测量，保证激光 位移传感器17的出射光线准确地投射到实验被测表面a的中线上，其具体步骤为1)调平实验被测表面a及调整激光位移传感器17 根据激光位移传感器17的测量位移反馈值，通过控制步进电机6的旋转将实验被 测表面a调整至与机床XOY面平行；通过左、中、右微调螺栓M的调节确保激光位移传感器 17的出射光线竖直射出；2)确定激光位移传感器17的量程中点上下移动机床主轴Z轴I，使激光位移传感器17与实验被测表面a之间的距离在 激光位移传感器17量程的中点上； 3)动态寻边测量确定边缘位置a. 1、a. 2 向Y轴的正向移动机床工作台，在靠近实验被测表面a与外圆柱面相交的边缘线 a. 1时，降低速度，注意观察计算机实时采集到的测量位移反馈值，当反馈值发生突变时，人 工记录下机床此时Y轴坐标值yl ；同理，向Y轴的负方向移动机床，人工记录下实验被测表 面a的另一边缘位置a. 2所对应的机床坐标值y2 ；4)最终确定实验被测表面a中心线位置计算Y轴坐标值yl、y2的平均值即为激光位移传感器17的出射光线投射到实验 被测表面a的中心线时所对应的机床位置y ；重复步骤2、,3)三到五次，将得到的中心线位 置y取算术平均值，最终得到中心线所对应的机床Y轴坐标值。本专利技术的有益效果是实现了激光位移传感器任意倾斜角误差值的测量，为后续的 倾斜角误差补偿奠定了数据基础，扩宽了激光位移传感器的适用范围；本专利技术采用研华16 位模数转换板卡，最大程度上保证了激光位移传感器输出信号的精度，以及动态寻边测量 的实时性及准确性。附图说明图1一检测装置安装示意图。I-机床主轴Z轴，II-传感器夹具组件，III-倾斜角 测量平台组件，IV-机床水平工作台。图2—倾斜角误差检测装置总体结构图。其中1-内六角螺栓，2-基座，3-螺钉， 4-螺母，5-压板装置，6-步进电机，7-槽型电机支座，8-平行式联轴器，9-倾斜角旋转测量 轴，10-锁紧圆螺母，11- 一号套筒，12-端盖，13- 二号套筒，14-角接触球轴承14，15-三号 套筒，19-测量平台支座，17-激光位移传感器，18-调整板，19-夹具基座，20 -六角螺母， 21-夹具杆，a-实验被测表面，b-退刀槽，C-定位轴肩，d-安装面，e-螺纹面，f-外伸段。图3—图2的A向局部放大图。其中，24-微调螺栓。图4一图2的B向视图。其中，α -倾斜角，a-实验被测表面，a. 1_左侧边缘线， a. 2-右侧边缘线，9-倾斜角旋转测量轴，17-激光位移传感器。图5—图2的C向视图。其中，22-十字盘头螺栓，23-螺栓，24-微调螺栓。图6—图2的D向视图。其中，24-微调螺栓。具体实施例方式结合附图详细说明本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光位移传感器倾斜角误差的检测装置，其特征是：检测装置由传感器夹具组件（Ⅱ）、倾斜角测量平台组件（Ⅲ）组成；传感器夹具组件（Ⅱ）由调整板（１８）、夹具基座（１９）、六角螺母（２０）、夹具杆（２１）、十字盘头螺栓（２２）、螺栓（２３）、微调螺栓（２４）组成；其中，夹具杆（２１）上部加工成锥形，插入机床主轴Ｚ轴Ｉ内的锥形孔中，夹具杆（２１）下部绞有螺纹，将安装有六角螺母（２０）的夹具杆（２１）旋转拧入夹具基座（１９）顶部的螺纹孔中，再通过六角螺母（２０）锁紧夹具基座（１９）；具有弹性的调整板（１８）通过两个十字盘头螺栓（２２）固定于夹具基座（１９）的上部，左微调螺栓（２４）、中微调螺栓（２４）、右微调螺栓（２４）通过螺纹孔安装在夹具基座（１９）的下部，传感器（１７）通过两个对角安装的螺栓（２３）固定在调整板（１８）上；倾斜角测量平台组件（Ⅲ）由内六角螺栓（１）、基座（２）、螺钉（３）、步进电机（６）、槽型电机支座（７）、平行式联轴器（８）、倾斜角旋转测量轴（９）、锁紧圆螺母（１０）、一号套筒（１１）、端盖（１２）、二号套筒（１３）、一对角接触球轴承（１４）、三号套筒（１５）、测量平台支座（１６）组成；倾斜角旋转测量轴（９）从左到右依次加工有实验被测表面（ａ）、退刀槽（ｂ）、定位轴肩（ｃ）、安装面（ｄ）、螺纹面（ｅ）、外伸段（ｆ）；其中，精密加工得到的实验被测表面（ａ）通过倾斜角旋转测量轴（９）的中心轴线，三号套筒（１５）、一对角接触球轴承（１４）、二号套筒（１３）、一号套筒（１１）从左到右依次套在安装面（ｄ）上，并通过锁紧圆螺母（１０）与螺纹面（ｅ）的配合紧固在倾斜角旋转测量轴（９）上，再将倾斜角旋转测量轴（９）安装在测量平台支座（１６）的内孔中，倾斜角旋转测量轴（９）通过端盖（１２）的外螺纹与测量平台支座（１６）右侧螺纹孔的旋紧配合实现轴向固定；测量平台支座（１６）通过４个内六角螺栓（１）固定在基座（２）上；外伸段（ｆ）通过平行式联轴器（８）与步进电机（５）的输出轴相连，步进电机（５）通过四个螺钉（３）固定在槽型电机支座（７）上，槽型电机支座（７），通过两个内六角螺栓（１）固定在基座（２）上，起支撑固定作用的基座（２）通过压板装置（５）固定于机床水平工作平台（Ⅳ）上。...
【技术特征摘要】
1.一种激光位移传感器倾斜角误差的检测装置，其特征是检测装置由传感器夹具组 件(II)、倾斜角测量平台组件(III)组成；传感器夹具组件(II)由调整板(18)、夹具基座 (19)、六角螺母(20)、夹具杆(21)、十字盘头螺栓(22)、螺栓(23)、微调螺栓(24)组成；其 中，夹具杆上部加工成锥形，插入机床主轴Z轴I内的锥形孔中，夹具杆下部绞 有螺纹，将安装有六角螺母OO)的夹具杆旋转拧入夹具基座(19)顶部的螺纹孔中， 再通过六角螺母OO)锁紧夹具基座(19)；具有弹性的调整板(18)通过两个十字盘头螺栓 (22)固定于夹具基座(19)的上部，左微调螺栓(M)、中微调螺栓(M)、右微调螺栓04) 通过螺纹孔安装在夹具基座(19)的下部，传感器(17)通过两个对角安装的螺栓固定 在调整板(18)上；倾斜角测量平台组件(III)由内六角螺栓(1)、基座O)、螺钉(3)、步进 电机(6)、槽型电机支座(7)、平行式联轴器(8)、倾斜角旋转测量轴(9)、锁紧圆螺母(10)、 一号套筒(11)、端盖(I2)、二号套筒(13)、一对角接触球轴承(14)、三号套筒(I5)、测量平 台支座(16)组成；倾斜角旋转测量轴(9)从左到右依次加工有实验被测表面(a)、退刀槽 (b)、定位轴肩(C)、安装面(d)、螺纹面(e)、外伸段(f)；其中，精密加工得到的实验被测表 面(a)通过倾斜角旋转测量轴(9)的中心轴线，三号套筒(15)、一对角接触球轴承(14)、二 号套筒(13)、一号套筒(11)从左到右依次套在安装面(d)上，并通过锁紧圆螺母(10)与螺 纹面(e)的配合紧固在倾斜角旋转测量轴(9)上，再将倾斜角旋转测量轴(9)安装在测量 平台支座(16)的内孔中，倾斜角旋转测量轴(9)通过端盖(12)的外螺纹与测量平台支座(16)右...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永青，陶冶，黄潇苹，刘海波，卢艳峰，刘巍，盛贤君，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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