基于坐標轉換的光學測角裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及角度測量技術領域，具體而言，涉及一種基于坐標轉換的光學測角裝 置及方法。
【背景技術】
[0002] 數控機床廣泛應用于航空、航天、兵器、船舶及民用行業中工件、零部件加工生產 的各個環節。隨著現代數控機床科技的發展，數控機床的形式及種類越來越多，隨著耳軸 (搖籃）式機床和車銑復合機床、五軸加工中心等機床設計日趨多樣化，回轉軸的種類及應 用也隨之發生變化，與機床上的直線軸一樣，回轉軸也存在與預期位置相關的誤差。
[0003] 傳統的回轉工作臺俯仰角校準方法是以正多面棱體為主標準器，輔以光電自準直 儀作為瞄準裝置，以三位置平均法或排列組合法進行角度校準。該方法要求正多面棱體必 須與被校回轉軸嚴格同心安裝，否則由于正多面棱體的反射面較小，較大的同心偏差可能 造成自準直光軸超出瞄準范圍而無法采集數據，實際測量中很難保證。同時，該方法只能測 量固定的整度數（15°間隔），不能測量連續變化的任意角度。由于機床回轉工作臺俯仰角 的回轉軸無法找到，而且使用中可能用到范圍在-90°~+90°之間的任意角度，因此，傳 統角度校準方法的使用受到很大的局限，可靠性低，無法滿足型號任務的需求。
[0004] 另外一種方法是以光學象限儀作為標準，通過象限儀的水泡對零實現回轉俯仰軸 的校準，但是這種方法中所用主標準器光學象限儀本身精度不高，且現場振動環境對水泡 的影響較明顯，無法滿足俯仰角分度精度的校準要求。
【發明內容】
[0005] 為了解決數控機床回轉工作臺俯仰角分度誤差的技術問題，本發明提供一種基于 坐標轉換的光學測角裝置及方法，本發明采用一種基于坐標轉換的光學測角方法，可實現 數控機床回轉工作臺俯仰角分度誤差的校準。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種基于坐標轉換的光學測角裝置，其特殊之處在于：包括光電自準直儀、長平面 反射鏡、支撐架、帶驅動的角度編碼器、定位夾具以及編碼器支架；
[0008] 所述長平面反射鏡固定在支撐架上，所述支撐架固定在帶驅動的角度編碼器的回 轉軸上，所述帶驅動的角度編碼器固定在編碼器支架上，所述編碼器支架通過定位夾具安 裝在被測回轉工作臺上，使得帶驅動的角度編碼器回轉軸與被測回轉工作臺俯仰軸平行； 所述長平面反射鏡的回轉軸線與被測回轉工作臺俯仰軸平行；所述光電自準直儀的光軸與 長平面反射鏡平面垂直。
[0009] 上述長平面反射鏡為平面度滿足0. 1 μ m的長條形反射鏡。
[0010] 上述長平面反射鏡通過粘接劑粘貼于支撐架上。
[0011] 上述帶驅動的角度編碼器，包括角度編碼器、蝸輪蝸桿機構以及減速機構，
[0012] 所述減速機構包括支架、粗調手輪以及精調組件，所述粗調手輪固定在支架上，所 述精調組件固定在支架上；
[0013] 所述蝸輪蝸桿機構包括蝸輪、蝸桿以及支座，所述蝸桿穿過支架且與支架固定連 接，所述蝸輪與蝸桿嚙合，所述蝸輪與角度編碼器固定連接，所述支座的一端固定在定位夾 具上，所述支座的另一端通過軸承支撐蝸桿。
[0014] 基于坐標轉換的光學測角方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：
[0015] 1】被測回轉工作臺的俯仰角為0°時，調整光電自準直儀高度，使光電自準直儀光 軸與帶驅動的角度編碼器的回轉軸和長平面反射鏡的鏡面均垂直，此時光電自準直儀上讀 數為θ U
[0016] 2】改變被測回轉工作臺的俯仰角為Γ的位置，反向轉動帶驅動的角度編碼器的 角度為_i°，調整光電自準直儀高度，使光電自準直儀光軸與帶驅動的角度編碼器的回轉 軸和長平面反射鏡的鏡面均垂直，此時光電自準直儀上讀數為0 i;其中Γ為〇°到90° 之間的任意角度；
[0017] 3】按照下面公式計算被測回轉工作臺的俯仰角為Γ的位置處的分度誤差δ :
[0018]
【主權項】
1. 一種基于坐標轉換的光學測角裝置，其特征在于：包括光電自準直儀、長平面反射 鏡、支撐架、帶驅動的角度編碼器、定位夾具以及編碼器支架； 所述長平面反射鏡固定在支撐架上，所述支撐架固定在帶驅動的角度編碼器的回轉軸 上，所述帶驅動的角度編碼器固定在編碼器支架上，所述編碼器支架通過定位夾具安裝在 被測回轉工作臺上，使得帶驅動的角度編碼器回轉軸與被測回轉工作臺俯仰軸平行；所述 長平面反射鏡的回轉軸線與被測回轉工作臺俯仰軸平行；所述光電自準直儀的光軸與長平 面反射鏡平面垂直。
2. 根據權利要求1所述的基于坐標轉換的光學測角裝置，其特征在于：所述長平面反 射鏡為平面度滿足〇. 1 μ m的長條形反射鏡。
3. 根據權利要求1所述的基于坐標轉換的光學測角裝置，其特征在于： 所述長平面反射鏡通過粘接劑粘貼于支撐架上。
4. 根據權利要求1所述的基于坐標轉換的光學測角裝置，其特征在于：所述帶驅動的 角度編碼器，包括角度編碼器、蝸輪蝸桿機構以及減速機構， 所述減速機構包括支架、粗調手輪以及精調組件，所述粗調手輪固定在支架上，所述精 調組件固定在支架上； 所述蝸輪蝸桿機構包括蝸輪、蝸桿以及支座，所述蝸桿穿過支架且與支架固定連接，所 述蝸輪與蝸桿嚙合，所述蝸輪與角度編碼器固定連接，所述支座的一端固定在定位夾具上， 所述支座的另一端通過軸承支撐蝸桿。
5. 基于坐標轉換的光學測角方法，其特征在于：包括以下步驟： 1】被測回轉工作臺的俯仰角為0°時，調整光電自準直儀高度，使光電自準直儀光軸與 帶驅動的角度編碼器的回轉軸和長平面反射鏡的鏡面均垂直，此時光電自準直儀上讀數為 9 1； 2】改變被測回轉工作臺的俯仰角為i°的位置，反向轉動帶驅動的角度編碼器的角度 為-i°，調整光電自準直儀高度，使光電自準直儀光軸與帶驅動的角度編碼器的回轉軸和 長平面反射鏡的鏡面均垂直，此時光電自準直儀上讀數為e i;其中Γ為0°到90°之間 的任意角度； 3】按照下面公式計算被測回轉工作臺的俯仰角為Γ的位置處的分度誤差δ :
其中： h_角度編碼器的軸心與被測回轉工作臺的軸心的偏心距離； Δ1-光電自準直儀發出的光位置在長平面反射鏡上相對初始位置的偏移量，Λ1 = sin Bi*!
S-俯仰角分度誤差（"）； θ i-被測回轉工作臺在i位置時光電自準直儀的讀數值（"）； Stl-被測回轉工作臺在零位時光電自準直儀的讀數值（"）； α-由長平面反射鏡的平面度引入的分度誤差。
【專利摘要】本發明涉及基于坐標轉換的光學測角裝置及方法，包括光電自準直儀、長平面反射鏡、支撐架、帶驅動的角度編碼器、定位夾具以及編碼器支架；長平面反射鏡固定在支撐架上，支撐架固定在帶驅動的角度編碼器的回轉軸上，帶驅動的角度編碼器固定在編碼器支架上，編碼器支架通過定位夾具安裝在被測回轉工作臺上；長平面反射鏡的回轉軸線與被測回轉工作臺俯仰軸平行；光電自準直儀的光軸與長平面反射鏡平面垂直。本發明解決了數控機床回轉工作臺俯仰角分度誤差的技術問題，本發明可實現數控機床回轉工作臺俯仰角分度誤差的校準。
【IPC分類】B23Q17-24
【公開號】CN104647144
【申請號】CN201410772149
【發明人】常瑩, 張周煥, 鄭小恒, 王昀希
【申請人】西安航天計量測試研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月12日