CN105987674A - 基于影像测量的z轴垂直度误差测量方法及装置 - Google Patents

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王祎雯
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赵炎
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

一种基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法及装置，包括：利用激光在接收靶上的光斑高度位置变化，获得一束与工作台表面平行的光线；将已调整的激光光线入射到45°转向镜上，获得一束与工作台表面垂直的光线；将45°转向镜出射光线照射在位于影像测量镜头物距焦面处的掩膜版上并形成光斑，影像测量镜头是固定在待测Z轴上；测量并记录影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置；当影像测头随待测Z轴移动时，掩膜版上的光斑位置一直保持不变，待测Z轴相对工作台处于垂直状态；当掩膜版上的光斑位置出现变动时，待测Z轴相对工作台存在垂直度误差，得到待测Z轴的垂直度误差。本发明能够实现便捷、精准、快速地完成Z轴垂直度误差检定。

Description

基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种坐标测量机的垂直度误差测量。特别是涉及一种含有或可放置影像测头的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法及装置。
背景技术
坐标测量机是一种高效的精密测量仪器，已经广泛应用于机械制造、航空航天、电子和汽车等行业中。由于受到制造和安装工艺等条件的限制，测量机Z轴不可避免的将会存在垂直度误差。在测量过程中，这一误差将对坐标测量机的测量精度产生直接影响。因此，坐标测量机Z轴的垂直度误差测量具有重要意义。垂直度误差评价的是直线之间、平面之间或者直线与平面之间的垂直状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有通用性的Z轴垂直度误差快速检测的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法及装置。
本发明所采用的技术方案是：一种基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法，包括如下步骤：
1)利用激光在接收靶上的光斑高度位置变化，获得一束与工作台表面平行的光线；
2)将已调整的激光光线入射到45°转向镜上，获得一束与工作台表面垂直的光线；
3)将45°转向镜出射光线照射在位于影像测量镜头物距焦面处的掩膜版上并形成光斑，所述的影像测量镜头是固定在待测Z轴上；
4)测量并记录所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置；
5)当影像测头随待测Z轴移动时，所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置一直保持不变，说明待测Z轴相对工作台处于垂直状态；当所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置出现变动时，说明待测Z轴相对工作台存在垂直度误差，根据光斑位置变动量，得到待测Z轴的垂直度误差。
步骤1)包括：
(1)采用激光器发出一束平行于工作台表面的激光束，在光路中放置一个接收靶，使得光线照射在接收靶的一位置处，并记录该位置的高度；
(2)沿光路方向移动接收靶，调整激光器激光出射方向，使激光光点在接收靶上的高度位置保持不变，从而得到一束与工作台表面平行的光线。
一种用于基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法的装置，包括有工作台和激光器，依次设置在激光器的激光光路上的接收靶和45°转向镜，依次设置有45°转向镜出射光路上的掩膜版和影像测量镜头，其中，所述的接收靶安装在所述工作台上并能够沿工作台移动，掩膜版和所述影像测量镜头安装在待测Z轴上，并能够沿所述待测Z轴移动。
所述的45°转向镜是五棱镜或五面镜。
所述的接收靶是CCD或PSD。
本发明的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法及装置，针对坐标测量机中Z轴向，以工作台表面为基准，利用激光束直线度良好且光强稳定的特性，与五棱镜结合，为坐标测量机Z轴垂直度误差确立了一个理想的基准直线。在测量过程中，直接利用影像测量镜头的二维位置度判别能力，获取光斑位置进行误差评定，从而实现便捷、精准、快速地完成Z轴垂直度误差检定。
附图说明
图1是本发明用于基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法的装置的结构示意图。
图中
1：激光器 2：接收靶
3：45°转向镜 4：掩膜版
5：影像测量镜头 6：待测Z轴
7：工作台
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法及装置做出详细说明。
本发明的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法，提出了一种利用影像测量光斑位置的方法，目的在于在满足精度要求的前提下，获得一种具有通用性的Z轴垂直度误差快速检测方法。
本发明的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法，包括如下步骤：
1)利用激光在接收靶上的光斑高度位置变化，获得一束与工作台表面平行的理想光线；包括：
(1)采用激光器发出一束平行于工作台表面的激光束，在光路中放置一个接收靶(CCD、PSD)，使得光线照射在接收靶的一位置处，并记录该位置的高度；
(2)沿光路方向移动接收靶，调整激光器激光出射方向，使激光光点在接收靶上的高度位置保持不变，从而得到一束与工作台表面平行的光线。
2)将已调整的激光光线入射到45°转向镜上，45°转向镜能够将入射的激光束方向改变90°，从而获得一束与工作台表面垂直的理想光线；
3)将45°转向镜出射光线照射在位于影像测量镜头物距焦面处的掩膜版上并形成光斑，所述的影像测量镜头是固定在待测Z轴上；随待测Z轴移动时，光斑清晰度不变。
4)测量并记录所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置；
5)当影像测头随待测Z轴移动时，所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置一直保持不变，说明待测Z轴相对工作台处于理想垂直状态；当所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置出现变动时，说明待测Z轴相对工作台存在垂直度误差，根据光斑位置变动量，得到待测Z轴的垂直度误差。
如图1所示，本发明的用于基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法的装置，包括：工作台7和激光器1，依次设置在激光器1的激光光路上的接收靶2和45°转向镜3，所述的接收靶2可以是CCD或PSD，所述的45°转向镜3可以是五棱镜或五面镜。依次设置有45°转向镜3出射光路上的掩膜版4和影像测量镜头5。其中，所述的接收靶2安装在所述工作台7上，并能够沿工作台7移动，掩膜版4和所述影像测量镜头5都安装在待测Z轴6上，并能够沿所述待测Z轴6移动。
当接收靶2从位置A移动到位置A＇的过程中，激光器1的激光光束照射在接收靶2上的光点高度保持不变，即可知激光光束与工作台7表面平行。激光光束通过五棱镜后，光线方向垂直于工作台7的表面，即确立了垂直于工作台表面方向的光线基准。在影像测量镜头5沿待测Z轴6从位置B移动到位置B＇的过程中，通过影像测量镜头5测量并记录激光光束在掩膜版上的光斑位置。该位置变化即可反映坐标测量机中待测Z轴上位置B和B＇间的垂直度误差，根据光斑位置变动量，得到待测Z轴的垂直度误差。

Claims (5)

1.一种基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用激光在接收靶上的光斑高度位置变化，获得一束与工作台表面平行的光线；
2)将已调整的激光光线入射到45°转向镜上，获得一束与工作台表面垂直的光线；
3)将45°转向镜出射光线照射在位于影像测量镜头物距焦面处的掩膜版上并形成光斑，所述的影像测量镜头是固定在待测Z轴上；
4)测量并记录所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置；
5)当影像测头随待测Z轴移动时，所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置一直保持不变，说明待测Z轴相对工作台处于垂直状态；当所述的影像测量镜头获得的掩膜版上的光斑位置出现变动时，说明待测Z轴相对工作台存在垂直度误差，根据光斑位置变动量，得到待测Z轴的垂直度误差。
2.根据权利要求1所述的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法，其特征在于，步骤1)包括：
(1)采用激光器发出一束平行于工作台表面的激光束，在光路中放置一个接收靶，使得光线照射在接收靶的一位置处，并记录该位置的高度；
(2)沿光路方向移动接收靶，调整激光器激光出射方向，使激光光点在接收靶上的高度位置保持不变，从而得到一束与工作台表面平行的光线。
3.一种用于权利要求1所述的基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法的装置，其特征在于，包括有工作台(7)和激光器(1)，依次设置在激光器(1)的激光光路上的接收靶(2)和45°转向镜(3)，依次设置有45°转向镜(3)出射光路上的掩膜版(4)和影像测量镜头(5)，其中，所述的接收靶(2)安装在所述工作台(7)上并能够沿工作台(7)移动，掩膜版(4)和所述影像测量镜头(5)安装在待测Z轴(6)上，并能够沿所述待测Z轴(6)移动。
4.根据权利要求3所述的用于基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法的装置，其特征在于，所述的45°转向镜(3)是五棱镜或五面镜。
5.根据权利要求3所述的用于基于影像测量的Z轴垂直度误差测量方法的装置，其特征在于，所述的接收靶(2)是CCD或PSD。
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