[发明专利]一种远距离非接触轴同轴度测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种远距离非接触轴同轴度测量装置及方法，属于精密机械误差测量领域。测量装置包括激光器模块、四象限探测器模块、基准轴、待测轴和光学平台。通过分别旋转安装在基准轴上的激光器模块和安装在待测轴上的四象限探测器模块，根据四象限探测器上激光光斑扫描形成轨迹圆的圆心和半径信息，即可准确、快速并简便的测量出两远距离非接触轴的同轴度误差，且测量装置采用模块化设计的思想，将激光器模块和四象限探测器模块安装到其他具有远距离非接触轴结构的精密机械中，同样可实现其同轴度的测量。

主权项

1.一种远距离非接触轴同轴度测量方法，其特征在于，利用一种远距离非接触轴同轴度测量装置，包括激光器模块、四象限光电探测器模块、基准轴(1)、待测轴(13)和光学平台(7)；其中激光器模块包括密珠轴套一(3)、激光器旋转套筒(2)、激光器夹具(4)、半导体激光器(6)、调整螺钉(5)；半导体激光器通过间隙配合固定在激光器夹具内孔中，激光器夹具外圆柱面上均匀布置调整螺钉，用于固定激光器并调整激光器的俯仰角和偏摆角，激光器夹具通过螺栓与激光器旋转套筒连接，激光器旋转套筒与基准轴通过密珠轴套连接；四象限光电探测器模块包括四象限光电探测器(8)、四象限固定夹具(9)、微位移调整平台(10)、四象限旋转套筒(11)、密珠轴套二(12)；四象限光电探测器设置于微位移调整平台和四象限固定夹具之间，通过拧紧四象限固定夹具和微位移调整平台之间的连接螺栓，固定四象限光电探测器，微位移调整平台与四象限旋转套筒通过螺栓连接，四象限旋转套筒通过密珠轴套与待测轴连接；该方法包括如下步骤：第一步，保持四象限光电探测器模块在待测轴上位置B处并保持不动，将激光器模块放置于基准轴上位置A处，绕基准轴旋转激光器模块，位于四象限光电探测器上的激光光斑扫描形成以O₁为圆心，d₁为半径的圆；然后沿基准轴轴线方向移动激光器模块到位置C，再次旋转激光器模块，激光光斑扫描形成以O₁为圆心，d₂为半径的圆，根据测量数据，利用最小二乘法拟合得到两轨迹圆半径d₁和d₂的值，根据公式其中L_AC为位置A与C之间的距离，计算得到激光器光束与基准轴轴线的夹角；根据计算得到的夹角α，利用公式δ＝15×tanα计算调整螺钉需调整的位移δ，利用δ调整激光器的俯仰角和偏摆角，调整完后再次重复上述测量过程，直至计算得到的夹角α<5角秒，完成激光器的调整；第二步，将激光器模块放置在基准轴上位置D处并保持不动，将四象限光电探测器模块置于待测轴上位置E处，绕待测轴旋转四象限光电探测器模块，激光光斑扫描形成以O₃为圆心，d₃为半径的圆，然后，沿待测轴轴线方向移动四象限光电探测器模块到位置F，再次旋转四象限光电探测器模块，激光光斑扫描形成以O₄为圆心，d₄为半径的圆，根据测量数据，利用最小二乘法拟合得到圆心O₃和O₄的坐标值(x₃,y₃)和(x₄,y₄)，结合移动距离L_EF的大小，利用公式计算得到待测轴轴线和基准轴轴线的倾斜偏差；第三步，将激光器模块置于基准轴上位置P处，四象限光电探测器模块置于位置T处，首先保持激光器模块位置不动，绕待测轴旋转四象限光电探测器模块，位于四象限光电探测器上的激光光斑扫描形成以O₅为圆心，d₅为半径的圆，然后，保持四象限光电探测器模块不动，绕基准轴旋转激光器模块，位于四象限光电探测器上的激光光斑扫描形成以O₆为圆心，d₆为半径的圆，根据测量数据，利用最小二乘法拟合得到轨迹圆的圆心O₅和O₆的坐标值(x₅,y₅)，(x₆,y₆)，并利用公式计算得到基准轴轴线和待测轴轴线的平行偏差l。