一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及平面夾角測量領域，尤其涉及一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量 方法。
【背景技術】
[0002] 角度是最常見的幾何量之一，角度測量技術按測量原理可以分為機械式、電磁式 和光學方法測角等。
[0003] 機械式測角的典型應用是多齒分度盤。使用多齒分度盤測量角度，準確度較高，但 由于多齒分度盤的齒數不可能無限增加，因此細分受到限制。常用兩組或多組分度盤疊放 在一起利用差動法進行細分。多齒分度盤有著測量精度高、結構可靠、使用壽命長等優點， 但差動多齒分度盤加工復雜、上下盤齒圈的同軸度較難保證。此外，其測量方式是手動測 量，很難實現自動化。
[0004] 電磁測角技術的主要應用是圓磁柵和感應同步器。利用圓磁柵測角時，圓磁柵與 被測件同時旋轉，通過靜態或動態的磁頭讀出磁柵記錄的磁信息，經過處理得到角度值。感 應同步器測角時，利用電磁感應原理，將角位移量轉換為數字脈沖信號輸出。電磁測角方式 不僅信號處理系統較復雜，而且測量方式為手動測量，不易于實現自動化。
[0005] 光學測角方法包括圓光柵測角法、激光測角技術等。在實際應用中，針對不同的測 量任務，采用適當的光學測角方法幾乎都能取得十分理想的精度。圓光柵測角技術是最常 用的測角技術之一，通過計算圓光柵轉過的柵距數便可得到轉角。圓光柵測角的優點是測 量準確度高，穩定可靠，但安裝時對心準確度要求高，動態測量時分辨力難以保證。激光測 角技術有著非接觸、測量精度高等優點，但常常需要搭建復雜的光路，這不僅使測角難度加 大，更讓整個測量系統變得龐大、復雜。
[0006] 發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存下以下缺點和不足：
[0007] 現有的角度測量方法往往存在測量系統復雜，且測量裝置的安裝、定位要求較高， 并且難于實現自動化測量。
【發明內容】
[0008] 本發明提供了一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，本發明克服了上述幾 何量測量技術應用于平面夾角測量時的不足，實現了非接觸、快速、準確地測出平面夾角， 詳見下文描述：
[0009] 一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，所述方法包括以下步驟：
[0010] 將由射線源組成的非接觸測量頭固定在機床主軸上，調節測量射線與機床主軸的 回轉軸線垂直，使得非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置；
[0011] 獲取第一出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點的坐標（Xl，yl);
[0012] 獲取第二出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點的坐標（x2, y2);
[0013] 通過第一出射點、第二出射點與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射點之 間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。
[0014] 所述獲取第一出射點到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為：
[0015] 測量射線繞第一出射點旋轉，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第一出射點分別到第一平面和第二平面的距離。
[0016] 所述獲取第二出射點到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為：
[0017] 測量射線繞第二出射點旋轉，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第二出射點分別到第一平面和第二平面的距離。
[0018] 本發明提供的技術方案的有益效果是：
[0019] 測量安全性：接觸式測量一般要求操作人員位于測量要素附近操作、讀數或引導， 很難實現自動測量。本方法采用的是非接觸測量方式，由射線源組成的非接觸測量頭遠離 被測物表面，提高了測量的安全性。
[0020] 測量精確性：當采用高精度激光位移傳感器作為射線源時，能夠快速、精確地測出 被測物到傳感器的距離。
[0021] 操作便利性：本方法采用的基于非接觸測量的測量裝置，最大外形尺寸小于被測 量，可方便進出測量位置。本方法測量兩個平面夾角時，只需將測量射線置于兩個待測平面 間的任意位置，經兩次測量，即可得到兩平面的夾角。這種便利性是大多數接觸式測量方法 所不具備的。
[0022] 可實現在機測量：將由測量射線源組成的非接觸測量頭安裝在機床上，利用機床 自身的運動執行機構，可實現在機、精密測量。
【附圖說明】
[0023] 圖1為一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法的流程圖；
[0024] 圖2為射線族形成不意圖；
[0025] 圖3為平面夾角測量原理圖。
[0026] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0027] A :第一出射點； B :第二出射點；
[0028] 1 :測量射線； 2 :射線簇構成的測量平面；
[0029] 3 :第一平面 4 :第二平面。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步 地詳細描述。
[0031] 實施例1
[0032] 一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，參見圖1，該方法包括以下步驟：
[0033] 101 :獲取第一出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點的坐標 (xl, yl)；
[0034] 102:獲取第二出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點的坐標 (x2, y2)；
[0035] 103:通過第一出射點、第二出射點與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射 點之間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。
[0036] 其中，獲取用于標注第一出射點與第二出射點之間距離的測量射線的步驟具體 為：
[0037] 把由射線源組成的非接觸測量頭固定在機床主軸上，調節測量射線與機床主軸的 回轉軸線垂直，把由射線源組成的非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置。 通過機床的坐標系統分別獲取第一出射點與第二出射點的坐標，并計算兩出射點之間的距 離。
[0038] 其中，分別獲取第一出射點、第二出射點與第一平面、第二平面之間的距離的步驟 具體為：
[0039] 把由射線源組成的非接觸測量頭固定在機床主軸上，調節測量射線與機床主軸的 回轉軸線垂直，把由射線源組成的非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置。
[0040] 測量射線繞第一出射點旋轉，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第一出射點分別到第一平面和第二平面的距離；
[0041] 測量射線繞第二出射點旋轉，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第二出射點分別到第一平面和第二平面的距離。
[0042] 通過上述的步驟101-103,實現了基于射線簇的兩個平面夾角的測量，避免了接觸 式測量，提高了測量效率，滿足了實際應用中的需要。
[0043] 實施例2
[0044] 一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，本實施例結合具體的原理示意圖詳 細描述該測量方法的操作步驟，參見圖2和圖3,該方法包括以下步驟：
[0045] 201 :如圖2所示，把由射線源組成的非接觸測量頭固定在機床主軸（回轉軸線） Z上，其中射線源可以發射具有測距功能的測量射線，如激光位移傳感器等，這里的機床主 軸包括可以旋轉并提供坐標位置的所有立式機床的主軸。調節測量射線1與機床回轉軸線 (主軸）Z垂直，并保持機床主軸（回轉軸線）Z旋轉。
[0046] 202 :如圖3所示，將由射線源組成的非接觸測量頭置于兩待測平面間的任意位 置，保持Z軸坐標不變。記下第一出射點A與第一平面、第二平面的距離dl、d2,以及機床 的坐標（xl，yl);移動由射線源組成的非接觸測量頭至任意位置B(設為第二出射點），記下 此時的機床坐標（x2, y2)，并得到第二出射點B與第一平面、第二平面的距離d3、d4。
[0047] 203:通過第一出射點、第二出射點與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射 點之間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。如圖3所示。
[0048] 如果AC//第一平面3且AD//第二平面4,則有：
[0049] BC = d3-dl (1)
[0050] BD = d4-d2 (2)
[0051]
(3)
[0052] 第一平面3和第二平面4的夾角，也就是Z CAD，可表示為：
[0053]
(4)
[0054] 其中，AC為過A點垂直于d3的垂線段，其中C為垂足；AD為AD為過A點垂直于 d4的垂線段，其中D為垂足。
[0055] 綜上所述，實際應用中，通過測量第一出射點、第二出射點與第一平面、第二平面 之間的距離以及兩出射點之間的距離，就可以獲取到兩個平面之間的夾角，滿足了實際應 用中的多種需要。
[0056] 本發明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制， 只要能完成上述功能的器件均可。
[0057] 本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例 序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0058] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 將由射線源組成的非接觸測量頭固定在機床主軸上，調節測量射線與機床主軸的回轉 軸線垂直，使得非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置； 獲取第一出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點的坐標（Xl，yl); 獲取第二出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點的坐標（x2，y2); 通過第一出射點、第二出射點與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射點之間的 距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。2. 根據權利要求1所述的一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，其特征在于， 所述獲取第一出射點到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為： 測量射線繞第一出射點旋轉，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線段，為 第一出射點分別到第一平面和第二平面的距離。3. 根據權利要求1所述的一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，其特征在于， 所述獲取第二出射點到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為： 測量射線繞第二出射點旋轉，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線段，為 第二出射點分別到第一平面和第二平面的距離。
【專利摘要】本發明公開了一種基于射線簇的兩個平面夾角的測量方法，包括以下步驟：將由射線源組成的非接觸測量頭固定在機床主軸上，調節測量射線與機床主軸的回轉軸線垂直，使得非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置；獲取第一出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點的坐標；獲取第二出射點到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點的坐標；通過第一、第二出射點與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射點之間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。本方法采用的是非接觸測量方式，非接觸測量頭遠離被測物表面，提高了測量的安全性；只需要兩次平移、兩次回轉測量頭即可得到兩平面夾角，操作簡單、方便，測量效率較高。
【IPC分類】G01B15/00, B23Q17/24
【公開號】CN104913742
【申請號】CN201510304333
【發明人】王仲, 李興強, 付魯華, 吳翔宇, 吳振剛
【申請人】天津大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月5日