[发明专利]一种基于曲面基准件的二维位移测量方法

摘要

本发明公开了一种基于曲面基准件的二维位移测量方法，在沿Z轴设置的运动部件上安装光学测头，在与Z轴垂直的平台上卡固曲面基准件，在所述曲面基准件上设有曲面阵列，运动部件位于所述曲面基准件的上方；运动部件带动光学测头从初始位置沿左右方向平移到第一位置AI处，再平移到第二位置AII处，先计算两个测量点斜率对应的角度，再计算两个测量点的坐标，通过两个测量点的坐标计算运动部件在X、Y两个方向上的位移。本发明利用曲面上点的坐标与其所在的切线的夹角的一一对应关系，采用该方法一次测量可以同时获得运动部件两个方向的位移，效率高，精度高，体积小，便于携带，成本低，操作简单，为机床误差检测与辨识提供了新的思路。

主权项

一种基于曲面基准件的二维位移测量方法，其特征在于，在沿Z轴设置的运动部件上安装光学测头，在与Z轴垂直的平台上卡固曲面基准件，在所述曲面基准件上设有曲面阵列，运动部件位于所述曲面基准件的上方；所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜、CCD相机以及数据处理模块，所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面阵列上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上；采用所述光学测头和所述曲面基准件测量运动部件在X、Y两个方向上的位移，具体步骤如下：1)通过标定得出光学测头的光轴在CCD相机中的位置坐标O(x0，y0)，调整所述光学测头的光束和所述曲面基准件上的曲面中心线平行；2)运动部件带动光学测头沿左右方向平移到第一位置AI处，此时曲面阵列上对应的测量点为A1(x1，y1，z1)，所述数据处理模块按照以下步骤进行数据处理：2.1)获取CCD相机中成像光斑中心位置坐标A1′(x1′，y1′)；2.2)将步骤2.1)中的光斑中心位置坐标A1′(x1′，y1′)转换为光斑中心距离光轴的距离S1x、S1y；2.3)计算测量点A1斜率对应的角度：ξx＝arctan(s1x/f)/2ξy＝arctan(s1y/f)/2其中：ξx代表测量点A1在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；ξy代表测量点A1在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；f代表成像透镜的焦距；2.4)计算测量点A1(x1，y1，z1)的坐标：x1＝g(ξx)y1＝g(ξy)其中：g(x)代表一元函数；3)运动部件带动光学测头沿左右方向平移到第二位置AII处，此时曲面阵列上对应的测量点为A2(x2，y2，z2)，数据处理过程同步骤2)，测量点A2(x2，y2，z2)的坐标为：x2＝g(φx)y2＝g(φy)其中：Φx代表测量点A2在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；Φy代表测量点A2在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；4)数据处理模块计算运动部件在X、Y两个方向上的位移：M＝g(φx)‑g(ξx)+PN＝g(φy)‑g(ξy)+Q其中：M代表运动部件在X方向的位移；N代表运动部件在Y方向的位移；P代表第i个曲面和第j个曲面的中心线在X方向的距离；Q代表第i个曲面和第j个曲面的中心线在Y方向的距离。