[发明专利]一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种用于LaserTracer几何误差补偿方法，该方法定量地分析了LaserTracer内部几何误差对系统测量精度的影响。由LaserTracer各项几何误差引起的系统测量误差具有唯一性和可确定性，且与目标靶镜的被测距离无关。LaserTracer几何误差补偿方法不需要对各项几何误差进行测量，也不需要根据几何误差的传递函数计算系统测量误差。该方法需要定期利用LaserTracer在二维空间对标准件进行测量，得到系统测量误差，并绘制二维误差图谱。利用二维误差图谱，在垂直回转轴和水平回转轴二维回转角度下对系统测量误差进行补偿。本发明提供的LaserTracer几何误差补偿方法可有效提高LaserTracer系统测量精度。

技术领域

本发明涉及一种激光测量领域，特别涉及一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法。

背景技术

激光跟踪仪是工业测量领域中一种高精度的大尺寸测量仪器。具有测量空间大、测量效率高、测量精度高、操作简单等特点，类似于便携式三坐标测量机，并广泛应用于船舶制造、汽车制造、飞行器制造等领域。激光追踪仪是基于多边法原理的测量系统，专用于校准三坐标测量机、数控机床等高档数控装备。虽然多边法是各种利用激光跟踪测量系统校准数控装备的方法中理论精度最高的方法，但也要求激光追踪仪自身具有较高的测量精度。因此，对激光追踪仪几何误差进行补偿能够有效地提高系统测量精度，同时也保证了基于多边法的激光跟踪测量系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于补偿激光追踪仪由几何误差(即加工误差和安装误差)引起的系统测量误差，提供了一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法。

根据一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法可知，垂直回转轴系和水平回转轴系的回转误差不会影响激光追踪仪的测量精度。根据一种以标准球为反射装置的激光跟踪测量系统几何误差补偿方法可知，激光追踪仪的系统测量精度仅由各项几何误差决定，与目标靶镜的被测距离无关。

本发明采用的技术方案为一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法分为三个步骤。第一，对于水平回转轴的每一个回转角度，垂直回转轴在测量空间内均需要完成正向和反向两次对目标靶镜进行跟踪测量。第二，通过转台在0°位置和180°位置的两次测量，分离出转台的回转误差。第三，在激光追踪仪回转中心和转台回转中心不同心的前提下，计算出激光追踪仪待补偿的误差，同时给出偏心量和转台的回转半径。

激光追踪仪通过螺纹连接的方式与上层连接板固定连接，上层连接板通过螺纹连接的方式与二维移动滑台的上端面固定连接。二维移动滑台通过螺纹连接的方式与下层连接板固定连接，下层连接板通过螺纹连接的方式与转台固定连接。二维移动滑台将激光追踪仪中心调至与转台中心重合。在距转台回转中心外侧竖直放置有一根直线导轨。将目标靶镜固定安装在滑块上，并保证目标靶镜上极限位置和目标靶镜下极限位置均位于激光追踪仪的测量空间中。当激光追踪仪位于零点位置时即垂直回转轴回转角度θ＝0，水平回转轴回转角度激光追踪仪的激光束照射在导轨中间位置的目标靶镜上。目标靶镜在直线导轨上任意位置时，转台需要在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，激光追踪仪也完成两次反向360°的回转，最终实现激光追踪仪对被测空间所有位置的测量。

转台从0°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T₁(θ)。转台从180°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T₂(θ)。S(θ)表示转台回转误差，P(θ)表示除转台回转误差外的误差。转台回转误差的分离如公式(1)-公式(4)所示。

T₁(θ)＝P(θ)+S(θ) (1)

T₂(θ)＝P(θ)-S(θ) (2)

P(θ)＝1/2[T₁(θ)+T₂(θ)] (3)