[发明专利]一种多测头安装角度的调节装置、测量和补偿方法

说明书

本发明公开了一种多测头安装角度的调节装置、测量和补偿方法，属于精密测试技术及仪器技术和试验技术领域。测量装置由左右调节和测量系统组合而成，左右测量系统分别安装有两组长光栅，同轴安装且各自通过精密丝杠独立运转，可测得各自独立的变动位移量，从而通过边角关系转换精确得到安装角度。本发明同时提出了具体角度测量的装置和方法。本发明克服了非接触激光测量和试验中多个测头安装角度自适应性差和装置零部件自身制造误差的问题，本发明中只需要通过输入左右测头所需的角度参数值就可以自动精确的调整安装角度，在调整过程中，提出了自适应粗调和精调的方法，采用本发明的测量方法后可以自动对制造误差引起的角度偏差进行补偿。

技术领域

本发明涉及一种两个非接触式激光测头对机械零部件进行精密测量时，测头安装角度可自动调节的装置、角度测量和误差补偿方法，属于精密测试技术及仪器技术和试验技术领域。

背景技术

角度是精密测试中重要的参数之一，角度在国防工业、科学研究和机械制造等领域中属于不可或缺的基础指标。采用非接触式光学测量仪器对机械复杂曲面的零部件进行测量时，根据其测量原理往往对被测表面以一定的角度投射激光，即需要在开始测量之前调整多个测头空间角度参数，使其符合测量的算法要求又满足测头有效量程内。通常采用两个甚至多个激光测头，对表面复杂而又呈现对称变化规律性质的对象进行测量，如各种类型的齿轮，轴承，蜗轮蜗杆等。为了叙述方便，本文中将上述非接触激光测头统称为测头。多个测头同时进行测量的优点在于能够极大提高测量的速度和效率，多个测头对齿轮左右齿面同时测量，能实现比仅用一个测头高数倍乃至数十倍的测量效率，不但省去再次角度调整和校准的时间，又极大的保证了测量准确性和重复性。

激光测头进行试验和测量时，传统角度调整有2种方式：(1)以调整块确定角度。对相同型号产品进行测量，安装角度主要为使用调整块后再微调的方式，其角度参数相对稳定。调整块的特点是结构简单，成本低，但灵活性差。(2)机械结构变动确定角度。对不同型号、不同对象的测量，根据对应的算法需求往往需要大幅调整的角度参数，目前是以机械臂、多自由度的测量平台为主的调整方式，其特点是精度高，但结构复杂，价格昂贵等。所以，传统的角度调整存在多个测头需安装多个机械臂成本太高不切实际，自适应性不强的缺点。

众所周知，零部件的制造误差是无法消除，在精密仪器中尺寸公差可高达1μm，轴系回转精度可达到0.01～0.02μm或者更小。零部件的制造误差会引入到整个设备的安装以及测量中来，对装置和设备的测量精度极大影响。在自动化控制中，通过相应的补偿算法及高速同步采集的数据，不断的将装置角度精确调整至预设值就显得非常关键，能极大的减小制造误差所引起的角度偏差。

发明内容

本发明克服了非接触激光测量和试验中多个测头安装角度自适应性差和装置零部件自身制造误差的问题，本发明中只需要通过输入左右测头所需的角度参数值就可以自动精确的调整安装角度，在调整过程中，提出了自适应粗调和精调的方法，采用本发明的测量方法后可以自动对制造误差引起的角度偏差进行补偿，提升比单一测头高数倍乃至数十倍的测量效率。

本发明针对现有的传统角度调整方法的缺陷及零部件的制造误差，进行原理创新，基本思想是：1、误差无法消除，但可以尽量补偿。2、精密测量仪器以阿贝原则为第一准则。为了满足这两条准则，打破传统的角度调整装置或仪器灵活性差、结构复杂等问题。本发明提出两个不同的算法结合的方式，对机械零部件制造误差引起的角度偏差进行补偿，对角度实现精确调整，并在结构上进行简化，采用光栅位移变化量自动精确调整角度，实现了安装角度调整及其试验技术的原理创新。

本发明采用如下技术方案：

一种多测头安装角度的调节装置由工作台、左调节和测量系统A以及右调节测量系统B所组成。左调节和测量系统A与右调节和测量系统B在工作台上对称设置。