CN1052734A

CN1052734A - 激光平行度与垂直度测量仪及其测量方法

Info

Publication number: CN1052734A
Application number: CN 89109319
Authority: CN
Inventors: 李达成; 曹芒; 董艳玲; 王佳
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1991-07-03
Also published as: CN1019525B

Abstract

本发明属于激光平面度与垂直度测量仪及其测量方法，采用三个回转轴系，二个或三个五角棱镜组成的系统实现平行度与垂直度的测量，结构简单，使用灵活，通用性强，成本比较低，自动采集处理数据，速度快，测量精度高。

Description

本发明属于平行度，垂直度测量装置及其测量方法。

迄今为止，激光应用于大型工件平行度、垂直度测量多使用双频激光干涉仪，然而双频激光干涉仪造价昂贵，难以普及，只适用于科研部门，一般工厂企业不适用，另外一种就是英国泰勒公司生产的准直望远镜系统再辅以专用配件，不过精度不高且造价也很高。

本发明的目的在于提供一种适合于工厂、具有通用性、价格又便宜的大型工件激光平行度与垂直度测量仪及其测量方法。

本发明-激光平行度与垂直度测量仪，其特征在于沿激光光路依次设有激光准直器[1]，45°反射镜[2]，第一回转轴系[3]及与第一回转轴系同轴的第二回转轴系[5]，在上述第一回转轴系[3]上装有第一五角棱镜[4]，该五角棱镜的45°面镀有半透半反射层，在上述第二回转轴系[5]上装有第二五角棱镜[6]，在与上述第一回转轴系[3]回转轴垂直的方向上设有第三回转轴系[10]，在其上装有第三五角棱镜[9]，在被测平面上装有光电接收器[7]，[8]，[11]，并有计算机处理系统与上述光电接收器相接。

第一五角棱镜[4]和第二五角棱镜[6]，可用同一个五角棱镜[6]根据需要安装于第一回转轴系[3]或第二回转轴系[5]上而实现。

本发明-激光平行度与垂直度测量仪的测量方法是：激光准直器[1]出射的稳定准直激光束，经45°反射镜[2]反射后，调至与第一回转轴系[3]的轴心线重合，激光束经过第一五角棱镜[4]，部分光反射后转90°出射，在第一回转轴系[3]回转时，出射光扫射出一个平面为第一测量基面，可对被测面A进行逐点测量，经第一五角棱镜[4]透射的激光束，入射到第二回转轴系[5]的第二五角棱镜[6]上，随第二回转轴系的旋转，激光扫出第二个平面为第二测量基面，可对被测面B进行逐点测量;置于被测点上的光电接收器[7]，[11]接收光信号，若用一块五角棱镜测平行度时，可将该五角棱镜先放在第一回转轴系[3]上;且随之转动，扫出一个激光平面作为第一测量基面，然后将该五角棱镜放在第二回转轴系[5]上，保持第一回转轴系不动，仅使第二回转轴系[5]转动，从而得到第二测量基面，第一与第二回转轴系预先要调为同轴的，这样，第一测量基面与第二测量基面才互为平行平面，按两个被测面各被测点对测量基面对应点的高差，由计算机计算出A，B两被测面的平行度。

测量垂直度时，经第一回转轴系[3]上的第一五角棱镜[4]反射的激光束，投射到第三回转轴系[10]的第三五角棱镜[9]上，且使激光束与第三回转轴系[10]同轴，保持第一回转轴系[3]不动，第三五角棱镜[9]随第三回转轴系[10]转动，激光束扫出垂直于第1测量基面的平面，可对被测垂直面上各点进行逐点测量，置于被测点上的光电接收器[8]与[11]接收光信号，给出被测点对应于二个测量基面上相应点的高度变化量，最后送入计算机处理，并自动给出被测面之间的垂直度。

为了提高测量精度，所采用的五角棱镜的光束转角应为定角（＝90°），预先对90°光束转角的制造偏差进行测定，测量时可将其转角偏差量作为系统误差，在处理数据中予以校正。采用第一，第二五角棱镜[4]，[6]测量平面平行度时，一路光束用于平行度测量数据采集，另一路光束可用于监测激光束本身的漂移和大气扰动的影响，校正激光束本身方向漂移等误差，在此校正中，使参考探测器处于最大测量距离位置，以获得最佳校正数据。

在本装置中，轴的晃动及光轴与回转轴线不同轴误差可综合起来，在正式测量前通过本系统的接收器进行测量，作为仪器系统误差予以校正。这只要将光电接收器置于五角棱镜的出射端，使接收器随转轴转动一周，测出转动过程中出射光的高度变化量，这种高度变化量是转角的函数，依此在实测时进行校正。

下面结合附图介绍一个实施例，由He-Ne激光器射出的激光束，经激光准直器[1]，得到准直激光束，再经45°放置的反射镜[2]，将激光束反射到第一回转轴系[3]。该回转轴系可回转360°且有锁紧和微转动机构。上述的反射镜[2]是可调整的，可以调整至使激光束与回转轴系同轴。位于第一回转轴系[3]上的第一五角棱镜[4]为易于装卸式。三套轴系上的五角棱镜的安装具有通用性。

根据被测工件的尺寸及形式，安置三套轴系的相互位置关系。测量前，通过调整使第二回转轴系[5]与第一回转轴系[3]同轴，使第三回转轴系[10]与第一回转轴系[3]垂直。测量A面时，五角棱镜安装于第一回转轴系[3]上，转动第一回转轴系[3]，激光束扫出测量基面，在A被测面上移动光电接收器来探测扫描光束，从而将扫描光束基面与被测面进行比较，获得被测面上各点相对于测量基面上对应点的高度变化量。测平行度时，将五角棱镜[4]从第一回转轴系[3]上拆下，安装在第二回转轴系[5]上，转动第二回转轴系[5]，在被测面B上移动光电接收器来测量被测面B。两组测量数据直接送入计算机处理，即获得两测量面平行度测量值。

测量垂直度时，则是保持五角棱镜[4]仍位于第一回转轴系[3]上，且调整第三回转轴系使由第三回转轴系[10]出射的光束与第一回转轴系[3]平行，然后保持第一回转轴系不动，回转第三回转轴系[10]，由五角棱镜[9]转折90°后出射的光束便对被测面C进行扫描测量，其测量方法同上，将数据送入计算机处理就可以得到垂直度测量值。

第一、二、三回转轴系是分离式的，分别由稳定的可微调支架支撑，可根据测量需要进行组合。

该仪器的特点是可以对任意位置放置的工件进行测量，可以对任意不规则面形的平面进行测量，当只需测平行度时，则可省去第三回转轴系[10]不用，当只需测垂直度时，则可省去第二回转轴系[5]不用，当只需测一个面的平面度时，则就只需第一回转轴系[3]。

该仪器的特点是：结构简单，使用灵活，通用性强，自动化采集处理数据，速度快，测量精度高。

说明书附图及其简要说明：

附图1为激光平行度与垂直度测量仪的光路示意图。

1.激光准直器;2.45°反射镜;3.第一回转轴系;4.第一五角棱镜;5.第二回转轴系;6.第二五角棱镜;7.8.光电接收器;9.第三五饺棱镜;10.第三回转轴系;11.光电接收器。

Claims

1、一种激光平行度与垂直度测量仪，其特征在于沿激光路依次设有激光准直器[1]，45°反射镜[2]，第一回转轴系[3]及与第一回转轴系同轴的第二回转轴系[5]，在上述第一回转轴系[3]上装有第一五角棱镜[4]，该五角冷棱镜的45°面镀有半透半反射层，在上述第二回转轴系[5]上装有第二五角棱镜[6]，在与上述第一回转轴系[3]回转轴垂直的方向上设有第三回转轴系[10]，在其上装有第三五角棱镜[9]，在被测平面上装有光电接收器[7]、[8]、[11]，并有计算机系统与上述光电接收器相接。

2、根据权利要求1所说的一种激光平行度与垂直度测量仪，其特征在于其中第一五角棱镜[4]和第二五角棱镜[6]，仅用一个五角棱镜[6]，根据需要安装于第一回转轴系[3]上或第二回转轴系[5]上。

3、一种激光平行度与垂直度测量仪的测量方法，其特征在于激光准直器[1]出射的稳定准直激光束，经45°反射镜[2]反射后，调至与第一回转轴系[3]的轴心线重合，激光束经过第一五角棱镜[4]，部分光反射后转90°出射，在第一回转轴系[3]回转时，出射光扫射出一个平面为第一测量基面，对被测面A进行逐点测量，经第一五角棱镜[4]透射的激光束，入射到第二回轴系[5]的第二五角棱镜[6]上，随第二回转轴系的旋转，激光扫出第二个平面为第二测量基面，对被测面B进行逐点测量，置于被测点上的光电接收器[7]，[11]接收光信号，按两个被测面各被测点对测量基面对应点的高差，由计算机计算出A，B两被测面的平行度;

测量垂直度时，经第一回转轴系[3]上的第一五角棱镜[4]反射的激光束，投射到第三回转轴系[10]的第三五角棱镜[9]上，且使激光束与第三回转轴系[10]同轴，保持第一回转轴系[3]不动，第三五角棱镜[9]随第三回转轴系[10]转动，激光束扫出垂直于第一测量基面的平面，对被测垂直面上各点进行逐点测量，置于被测点上的光电接收器[8]，[11]接收光信号给出被测点对应于二个测量基面上相应点的高度变化量，送入计算机处理给出被测面之间的垂直度。

4、根据权利要求3所说的激光平行度与垂直度测量仪的测量方法，其特征在于，若用一块五角棱镜[6]测平行度时，将五角棱镜先放在第一回转轴系[3]上，且随之转动，扫出一个激光平面作为第一测量基面，然后将该五角棱镜放在第二回转轴系[5]上，保持第一回转轴系不动，仅使第二回转轴系[5]转动，从而得到第二测量基面，第一与第二回转轴系予先调为同轴。