CN105486276A - 一种俯仰角高精度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种用于二维高精度转台俯仰角度的测量及其他高精度俯仰角度的测量装置及使用该测量装置的测量方法。其采用卧式多齿分度台/卧式角度编码器与电子水平仪结合，或卧式多齿分度台/卧式角度编码器与平面镜与自准直仪结合测量二维高精度转台俯仰角度的标示误差。具有使用方便，结构紧凑，便于实现自动化测试的同时具有很高测量精度及稳定性的优点。

Description

一种俯仰角高精度测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于俯仰角度测量领域，具体地涉及二维高精度转台俯仰角度的测量及其他高精度俯仰角度的测量。

该测量方法及测量装置在二维精密转台的俯仰轴测量及需要高精度测量俯仰角度的仪器、设备等领域具有广泛的应用前景，使用此结构的测量仪器使用方便，结构紧凑，便于实现自动化测试的同时具有很高测量精度及稳定性。

背景技术

二维高精度转台被广泛应用与航空、航天、机械制造、船舶重工等多个领域，作为载体用作控制产品或产品部件做旋转运动或俯仰运动，其运动精度对生产制造、检测、试验等环节至关重要。二维高精度转台的工作台面可做水平方向旋转运动和竖直方向的俯仰运动，对于二维转台的水平旋转轴的精度检测，现有技术较为成熟，有多种方法，如自准直仪结合多面棱体测量方法、激光干涉仪配合测角附件测回转角法等。对于二维转台的俯仰角的高精度测量则较为困难，尤其对于转台本身的俯仰轴轴本体不可见、无预留安装多面棱体位置的情况。现行的通用测量俯仰角的方法是使用光学倾斜仪置于工作台台面进行测量，目前常见的光学倾斜仪准确度最高的型号最大允许误差约为20＂，对于目前二维转台准确度越来越高的测量要求，光学倾斜仪无论在准确度等级还是操作便利性都不能满足目前二维转台俯仰角的测量要求。另外，即使被测俯仰轴可以安装多面棱体，受限于多面棱体目前常见的最多面数也仅为36面(多面棱体面与面的法线夹角为10°)，对于转台俯仰角常用且要求较高的小范围(±10°)内的回转精度检测，使用传统自准直仪加多面棱体的检测方法无法实现；若使用电子水平仪或其他测量俯仰角的传感器类测角仪器进行检测，由于量程限制，其测角全行程的测量精度往往满足不了高精度二维转台的测量要求。

发明内容

本发明为了克服上述现有方法的缺点，提供一种基于多齿分度台或角度编码器的俯仰角高精度测量方法，其通过多齿分度台或角度编码器提供标准角度，使用水平仪或平面镜与自准直仪组成的高精度测角系统测量偏差值，进而测量出转台俯仰角移动角度的误差；根据提出的测量方法发明了基于卧式多齿分度台或卧式角度编码器和水平仪组成的测量装置。此类测量方法及相应的测量装置能够高精度的测量转台的俯仰角度，操作简便，易于实施。其优点如下：

1、本发明使用多齿分度台或角度编码器和水平仪作为角度测量的标准，其组合起来的测量最大允许误差可小于2″，可满足精度指标要求在5″以内的高精度二维转台俯仰角度的检测工作。相比于测量的最大允许误差约20″的现有技术，其精度更是有大幅度的提升。

2、本发明的基于卧式多齿分度台或角度编码器的二维转台俯仰角高精度测量装置，相比传统的光学倾斜仪，测量精度高，操作简便，便于实现数字显示及测量数据的数字化记录、存储及输出，可与电控系统配合实现自动化测试，对于超大、超高转台以及拥有气浮轴承测量过程中不能施加外力的情况下，亦或是高低温真空等在人不易操作和记录数据的环境下可实现自动测量及数据输出。

3、测量装置具有附加补偿用高精度电子水平仪用以补偿转台整体摆动引入的测量误差，从而真正实现高精度测量；

4、测量装置具有电控系统，可实现自动测试及结果记录和输出，测量过程无需人员直接操作，可对超大、超高转台以及拥有气浮轴承测量过程中不能施加外力的转台，亦或是高低温真空等在人不能进入操作的环境下使用；

5、测量装置具有磁力固定装置，安装放置仪器简单快捷；

6、测量装置具有电子水平仪微调及锁紧机构，保证测量过程中电子水平仪工作在最佳测量范围内。

本发明提供如下的装置和测量方法：

一种转台俯仰轴测量装置，其特征在于包括：多齿分度台或角度编码器及测角装置。

进一步地，测角装置为置于多齿分度台或角度编码器上的水平仪；或置于多齿分度台多齿分度台或角度编码器上的平面镜及自准直仪。

进一步地，多齿分度台多齿分度台或角度编码器为卧式多齿分度台多齿分度台或卧式角度编码器，卧式多齿分度台为整度数多齿分度台或非整度数多齿分度台，卧式角度编码器为高精度圆光栅角度传感器或高精度码盘角度传感器；水平仪为电子水平仪或机械水平仪；自准直仪为电子自准直仪或机械自准直仪。

进一步地，多齿分度台多齿分度台或角度编码器通过固定装置固定到待测转台台面上。

进一步地，还包括补偿用水平仪、电子水平仪微调及锁紧机构、电控系统中的一个或多个。

进一步地，水平仪或平面镜用粘接或磁力连接固定到多齿分度台多齿分度台或角度编码器上。

进一步地，多齿分度台多齿分度台或角度编码器具有能够与待测平台固定的固定部，优选为磁力固定装置。

本发明还提供一种使用转台俯仰轴测量装置的测量转台俯仰轴的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将待测转台俯仰角置零；

2)将多齿分度台多齿分度台或角度编码器位置置零并放于待测转台台面；

3)待测转台仰角移动X度，多齿分度台多齿分度台或角度编码器反方向旋转X度；

4)测角装置显示的角度即为待测转台俯仰角示值误差。

5)被测俯仰角(转台)示值误差＝测角装置显示的角度-补偿用水平仪(测角装置)

进一步地，用补偿水平仪补偿由于转台本身整体倾斜导致的测量误差，待测转台俯仰角示值误差＝测角装置显示的角度-补偿用水平仪侧视角度。

进一步地，自准直仪安装于待测转台同一地基上。

附图说明

图1：本发明实施例一的正视图

图2：本发明实施例一的工作状态图

图3：本发明实施例二的正视图

图4：本发明实施例二的工作状态图

图5：本发明实施例三的主视图

具体实施方式

实施例一：

在本方案中俯仰角高精度测量装置由卧式多齿分度台、高精度电子水平仪组成，见图1。二维转台底座1其上固定有附加补偿用高精度电子水平仪2，二维转台俯仰轴移动台面3与二维转台底座1轴接。卧式多齿分度台4具有卧式多齿分度台底座6，高精度电子水平仪5位于多齿分度台台面中央。

在测量转台俯仰角时，按如下步骤进行：

1、将二维转台的俯仰角置零，使转台平面为水平状态。

2、将卧式多齿分度台4位置回零，高精度电子水平仪5用不限于磁力连接、粘接连接的方式可靠固定于卧式多齿分度台4的台面中央。

3、使用微调机构调节高精度电子水平仪5俯仰位置，使其示值在零附近，待示值稳定后将电子水平仪示值置零。

4、将卧式多齿分度台4放置于被测二维转台俯仰轴移动台面3中央，一般情况下使用磁性表座等磁力将多齿分度台进行固定，当移动角度X超过15度时可以通过螺栓连接或者压板等卡具固定的可靠固定方式将多齿分度台固定；

5、将被测转台俯仰角移动X度，同时将卧式多齿分度台4台面反方向旋转X度，此时高精度电子水平仪5所示的微小角度即是被测转台俯仰轴旋转的角度相对于标准的卧式多齿分度台4转动角度的差值，从而得到被测转台俯仰角示值误差，见图2。

6、以此类推，可以使用此方法测量被测转台俯仰轴在全行程不同位置的角度偏差。

由于高精度电子水平仪5的准确度特性在零附近具有较高精度，因而采用本方案能够得到比较精确的测量结果。此外本发明中多齿分度台不限于卧式多齿分度台。当多齿分度台4为360齿或720齿等整度数多齿分度台时，上述测量角度中的X度需为1°或0.5°的倍数；如需测量非整度数的测量值，可采用非整度数的多齿分度台，如391齿等。

针对部分大型、重型二维转台或者具有隔震要求的气浮型二维高精密转台，其在进行俯仰角移动时由于自身重心位置变化等导致的转台整体摆动引入的测量误差的情况，该方法中有附加补偿用高精度电子水平仪2，在测量过程中将其稳固的安放于被测二维转台底座1上用以侦测二维转台自身在测量方向的摆动情况，并视情况进行实时的测量误差补偿。

实施例二：

由底卧式多齿分度台、反射镜和高精度光电子准直仪组成的测量系统，见图3。二维转台底座1其上固定有附加补偿用高精度电子水平仪2，二维转台俯仰轴移动台面3与二维转台底座1轴接。卧式多齿分度台4具有卧式多齿分度台底座6，平面反射镜7位于多齿分度台台面中央。高精度光电子自准直仪8稳固可靠地安放于与二维转台底座1同一地基的旁边位置。

在测量转台俯仰角时，按如下步骤进行：

1、将二维转台的俯仰角置零，使转台平面为水平状态。

2、将卧式多齿分度台4位置回零，放置于被测二维转台俯仰轴移动台面3中央，一般情况下使用磁性表座等磁力将多齿分度台进行固定，当移动角度X超过15度时可以通过螺栓连接或者压板等卡具固定的可靠固定方式将多齿分度台固定。

3、平面反射镜7用磁力或者粘接的方式安装于卧式多齿分度台4中央，平面反射镜7镜面朝向高精度光电自准直仪8一侧。

4、调节高精度光电自准直仪8位置及角度，使高精度光电自准直仪8发出的光束尽可能照射在反射镜中央或中央偏向俯仰轴旋转轴心一侧的位置，并且高精度光电自准直仪8的绝对值读数在零附近，待示值稳定后将高精度光电自准直仪8示值置相对零位；.

5、将被测转台俯仰角移动X度，同时将卧式多齿分度台4台面反方向旋转X度，这样平面反射镜7和高精度光电子准直仪8组成的测角系统所测量的微小角度即是被测转台俯仰轴旋转的角度相对于标准的卧式多齿分度台4转动角度的差值，见图3，从而得到被测转台俯仰角示值误差。

6、以此类推，可以使用此方法测量被测转台俯仰轴在不同位置的角度偏差。

此方案由于被测俯仰轴在移动过程中平面反射镜7在竖直方向上会有平移，在平面反射镜7镜面积一定的情况下测量范围有所限制，一般情况为常用的±10°范围内可以实现俯仰角度的连续高精度测量。

针对部分大型、重型二维转台或者具有隔震要求的气浮型二维高精密转台，其在进行俯仰角移动时由于自身重心位置变化等导致的转台整体摆动引入的测量误差的情况，该方法中有附加补偿用高精度电子水平仪，在测量过程中将其稳固的安放于被测转台底座用以侦测二维转台自身在测量方向的摆动情况，并视情况进行实时的测量误差补偿。

实施例三

还可以采用如图5所示的装置：1、二维转台底座；2、附加补偿用高精度电子水平仪；3、二维转台俯仰轴移动台面；4、卧式多齿分度台；5、高精度电子水平仪；6、卧式多齿分度台底座；9、电子水平仪俯仰角微调机构；10、磁性固定装置；11、电控系统。

其测量的方法同实施例一。

实施例四

其测量方法与实施例一相似，不同仅在于用高精度卧式角度编码器替换卧式多齿分度台。

实施例五

其测量方法与实施例二相似，不同仅在于用高精度卧式角度编码器替换卧式多齿分度台。

实施例六

其装置与实施例三相似，不同仅在于用高精度卧式角度编码器替换卧式多齿分度台。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种转台俯仰轴测量装置，其特征在于包括：多齿分度台或角度编码器及测角装置。

2.如权利要求1所述的转台俯仰轴测量装置，其特征在于：测角装置为置于多齿分度台或角度编码器上的水平仪；或置于多齿分度台或角度编码器上的平面镜及自准直仪。

3.如权利要求1或2所述的转台俯仰轴测量装置，其特征在于：多齿分度台或角度编码器为卧式多齿分度台或卧式角度编码器，卧式多齿分度台为整度数多齿分度台或非整度数多齿分度台，卧式角度编码器为高精度圆光栅角度传感器或高精度码盘角度传感器；水平仪为电子水平仪或机械水平仪；自准直仪为电子自准直仪或机械自准直仪。

4.如权利要求1-3之一所述的转台俯仰轴测量装置，其特征在于：多齿分度台或角度编码器通过固定装置固定到待测转台台面上。

5.如权利要求1-4之一所述的转台俯仰轴测量装置，其特征在于：还包括补偿用水平仪、电子水平仪微调及锁紧机构、电控系统中的一个或多个。

6.如权利要求1-5之一所述的转台俯仰轴测量装置，其特征在于：水平仪或平面镜用粘接或磁力连接固定到多齿分度台或角度编码器上。

7.如权利要求1-5之一所述的转台俯仰轴测量装置，其特征在于：多齿分度台或角度编码器具有能够与待测平台固定的固定部，优选为磁力固定装置。

8.一种使用如权利要求1-7之一所述的转台俯仰轴测量装置的测量转台俯仰轴的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将待测转台俯仰角置零；

2)将多齿分度台或角度编码器位置置零并放于待测转台台面；

3)待测转台仰角移动X度，多齿分度台或角度编码器反方向旋转X度；

4)

5)测角装置显示的角度即为待测转台俯仰角示值误差。

9.一种如权利要求8所述的方法，其特征在于：用补偿水平仪补偿由于转台本身整体倾斜导致的测量误差，待测转台俯仰角示值误差＝测角装置显示的角度-补偿用水平仪侧视角度。

10.一种如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：自准直仪安装于待测转台同一地基上。