CN106705838A - 一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置 - Google Patents

一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，属于几何量领域。其利用干涉仪作为测长标准配合直线导轨给出直线方向上的任意两点间的标准长度；利用模块化的姿态调整机构配合带预紧的轴系通过双梯形丝杠推杆实现导轨0°～90°任意角度的自动无偏摆回转，最终配合干涉仪给出在所需姿态下的标准长度；整个装置的控制系统与底座集成为一体实现校准装置的方便移动。本发明解决了现有的校准装置的效率低的问题，利用模块化的自动姿态调整机构通过计算机编程能够自动实现导轨及测长组件的0°～90°的任意姿态调整及任意姿态下测长校准工作，极大的提高传统现场校准装置的现场校准效率。

Description

一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置
技术领域
本发明是一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，属于几何量领域。
背景技术
目前对于大尺寸工业测量系统存在的问题是如何解决测量系统的现场校准。定长的标尺从长度上和精度上都无法满足现场需求，因此国外一些机构开始尝试使用激光干涉技术解决这一问题。当前美国对于解决激光跟踪仪等坐标测量仪器的现场校准所作的工作比较多。
美国的Tetra Precision公司研制的激光球杆LBB(Laser Ball Bar)将激光干涉仪与球杆仪结合起来能够在1m范围内对数控机床和三坐标测量机进行快速校准。
美国国家标准局(National Institute of Standards and Technology)为了解决激光跟踪仪的校准，开发了激光导轨校准系统(LRCS-Laser Rail CalibrationSystem)，该系统包括一个激光干涉仪、两个导轨、滑台和支撑架，它在激光跟踪仪的工作现场提供一个标准长度，导轨全长3m，有效工作范围2.5m，1m测长准确度在6μm左右。其中一根导轨用两个重型三脚架支撑，一个三脚架用来将导轨的一个支点调高，另一个三脚架用来将导轨的第二个支点调低，通过调整三脚架的高低可以将该导轨的姿态从水平状态调整到对角状态。另一根导轨竖直安放在其中一个可以调高的三脚架上，干涉仪则根据测量需要依次安置在两个独立的导轨上。由于采用重型三脚架，系统的稳定性较好，不会因手动工作台引入较大的随机误差，但测量起来比较麻烦，比较耗时。
美国API公司(Automated PrecisionInc.)于2004年开发了激光导轨系统(LaserRail-TM-System)，导轨全长2m，能够在水平、垂直、倾斜等工作模式下与激光跟踪仪进行测长比对。系统导轨采用轻便的三角架支撑，导轨的水平与倾斜姿态调整也是通过调整三角架的高低来实现，通过将其中一个三角架更换成一个地面支撑座可以使导轨处于垂直状态。系统采用结构小巧的激光干涉仪，将干涉仪集成到导轨内部，使之不占用导轨长度，结构更紧凑。由于结构过分轻便，移动工作台时易引入震动干扰，减低了系统的稳定性。
国内北京长城计量测试技术研究所于2009年推出了激光跟踪仪现场评定装置，该装置采用框架式底座，手动旋转锁紧机构在0°～90°范围内进行姿态调整，可控制的运动平台带动滑台移动，干涉仪进行测长，分离式控制箱，然而此系统采用的姿态调整机构需要人工进行拔销式定位，螺帽锁紧，由于横梁重，需要多人进行姿态调整锁紧，调整起来费时费力；由于采用人工调整锁紧导致调整锁紧力不一致，影响每次测量直线度的重复性，从而影响精度，此外，采用分离式控制系统，操作及搬运及其不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有大尺寸测量设备现场校准装置的测量操作不方便，测量效率低的问题，本发明提供了一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，由三部分组成：集成有控制系统的可移动调整底座；模块化的自动姿态调整机构；直线测长组件；
集成有控制系统的可移动调整底座，包括集成控制系统、底座、钿脚和全向脚轮；底座是装置的基础，底座的一端向内开设凹槽，用于放置直线导轨组件的端部；利用安装在底座角落上的四个可调整钿脚能够方便实现装置的水平调节功能；通过全向脚轮能够方便实现校准装置的快速移动；集成控制系统安装在底座上，控制系统通过串口与计算机进行通信，通过计算软件可自动驱动滑台和梯形丝杠推杆；
模块化的自动姿态调整机构，包括一体式支撑架、姿态调整架、梯形丝杠推杆、姿态调整电机、转轴、预紧螺钉、内嵌黄铜套、外嵌黄铜套；
两根梯形丝杠推杆一端固定安装在一体式支撑架上，一端固定安装在姿态调整架上；两根梯形丝杠推杆与姿态调整架可绕转轴旋转，一体式支撑架与底座固定连接，梯形丝杠推杆升降到不同高度即可实现姿态调整架角度的0°～90°调整；电机固定在两根梯形丝杠推杆底端；
上端敞开的一体式支撑架两内侧分别安装有两个内嵌黄铜套，一体加工的姿态调整架旋转孔内两端安装有两个外嵌黄铜套，转轴穿过内嵌黄铜套与外嵌黄铜套并通过预紧螺钉锁紧，以保证姿态调整架绕转轴旋转时无间隙；转轴右侧端面设计有锁紧止转螺纹孔，螺钉通过孔拧紧到一体式支撑架上，锁紧后整个姿态调整架绕转轴旋转，内嵌黄铜套与外嵌黄铜套接触面外径为旋转轴径的三倍以上，且内嵌黄铜套与外嵌黄铜套均采用石墨自润滑设计；
直线测长组件包括：导轨安装架、电机、导轨、导轨安装块、滑台、反射镜安装座、干涉仪反射镜、干涉镜、干涉仪、调整座、临时调整块、调整螺钉；
导轨安装架通过螺钉与姿态调整架固定连接；通过导轨安装块将导轨安装在导轨安装架上；导轨安装架的侧面对称安装有“Z”字形临时调整块，临时调整块通过调整螺钉对导轨进行直线度调整；调整完成后锁紧导轨安装块后即可卸下临时调整块和调整螺钉；能够有效调整导轨的直线度，增加测长的精度；导轨上安装的滑台；滑台由电机连接丝杠或皮带驱动到所需要位置；滑台上安装有反射镜安装座；反射镜安装座上端设计有球座，侧面用于安装干涉仪反射镜；干涉仪通过调整座安装在导轨安装架一端，干涉仪前端安装干涉镜用于干涉光的生成。
所述反射镜安装座采用导磁钢加工而成。
所述底座采用钢板焊接框架结构并一次性加工而成。
工作过程为：首先将校准装置水平放置，将激光跟踪仪、激光雷达等大尺寸测量设备按照图示位置放置在校准装置干涉仪对面；之后将激光跟踪仪1.5英寸反射镜(25)安装到反射镜安装座球座上，分别打开激光跟踪仪及校准装置，滑台运行到零位，分别记录激光跟踪仪及校准装置测量数据，采集完数据后滑台按照预设间距行走一个位置再重复进行以上测量，最后分别计算跟踪仪及校准装置预设位置点到零点距离，并进行比对获取被校准设备现场的测量误差。
所述的集成有控制系统的可移动调整底座由底座、可旋转调整钿脚、全向脚轮、控制系统组成；底座上安装的四个全向脚轮在可调整钿脚升起的状态可方便实现整个大尺寸测量设备现场校准设备的厂房内移动；底座上安装的四个可调整钿脚可以实现底座初步调平，调平后测量时使得全向脚轮脱离地面以增加装置测量时的稳定性；
整个自动整体调整结构采用模块化设计，客户在定制现场校准装置选择不同量程时，此模块无需更改即可使用；
有益效果
1、该装置利用模块化的自动姿态调整机构与电机驱动导轨通过计算机编程能够自动实现测长组件0°～90°间的姿态调整与导轨滑台工作位置的调整工作，极大的提高校准装置的现场校准效率；
2、利用模块化方案方便客户定制不同行程的现场校准装置；
3、通过将控制组件集成到底座中，方便装置的现场移动及使用；
4、通过带预紧的面接触及石墨润滑既可保证滑顺旋转又能保证旋转时无间隙，配合双梯形丝杠能够有效增加系统的稳定性；
5、临时调整块(23)通过调整螺钉(24)对导轨(9)进行直线度调整，能够有效调整导轨的直线度，增加测长的精度。
附图说明
图1是本发明的主体结构图；
图2是本发明的精密旋转轴及导轨调整结构示意图；
图3是本发明的工作示意图。
其中，1—集成控制系统、2—底座、3—钿脚、4—全向脚轮、5—一体式支撑架、6—姿态调整架、7—导轨安装架、8—电机、9—导轨、10—导轨安装块、11—滑台、12—反射镜安装座、13—干涉仪反射镜、14—干涉镜、15—干涉仪、16—调整座、17—梯形丝杠推杆、18—姿态调整电机、19—转轴、20—预紧螺钉、21—内嵌黄铜套、22—外嵌黄铜套、23—临时调整块、24—调整螺钉。
具体实施方式
以下结合附图和实施实例对本发明进一步说明。
实施例1
一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，由三部分组成：集成有控制系统的可移动调整底座；模块化的自动姿态调整机构；直线测长组件。
集成有控制系统的可移动调整底座，包括集成控制系统1、底座2、钿脚3和全向脚轮4；底座2是装置的基础，底座2的一端向内开设凹槽，用于放置直线导轨组件的端部；利用安装在底座2角落上的四个可调整钿脚3能够方便实现装置的水平调节功能；通过全向脚轮4能够方便实现校准装置的快速移动。集成控制系统1安装在底座2上，控制系统1通过串口与计算机进行通信，通过计算软件可自动驱动滑台11和梯形丝杠推杆17；
模块化的自动姿态调整机构，包括一体式支撑架5、姿态调整架6、梯形丝杠推杆17、姿态调整电机18、转轴19、预紧螺钉20、内嵌黄铜套21、外嵌黄铜套22；
两根梯形丝杠推杆17一端固定安装在一体式支撑架5上，一端固定安装在姿态调整架6上；两根梯形丝杠推杆17与姿态调整架6可绕转轴19旋转，一体式支撑架5与底座2固定连接，梯形丝杠推杆17升降到不同高度即可实现姿态调整架6角度的0°～90°调整。电机18固定在两根梯形丝杠推杆17底端。
上端敞开的一体式支撑架5两内侧分别安装有两个内嵌黄铜套21，一体加工的姿态调整架6旋转孔内两端安装有两个外嵌黄铜套22，转轴19穿过内嵌黄铜套21与外嵌黄铜套22并通过预紧螺钉20锁紧，以保证姿态调整架6绕转轴19旋转时无间隙；转轴19右侧端面设计有锁紧止转螺纹孔，螺钉通过孔拧紧到一体式支撑架5上，锁紧后整个姿态调整架6绕转轴19旋转，内嵌黄铜套21与外嵌黄铜套22接触面外径为旋转轴径的三倍以上，且内嵌黄铜套21与外嵌黄铜套22均采用石墨自润滑设计；
直线测长组件包括：导轨安装架7、电机8、导轨9、导轨安装块10、滑台11、反射镜安装座12、干涉仪反射镜13、干涉镜14、干涉仪15、调整座16、临时调整块23、调整螺钉24；
导轨安装架7通过螺钉与姿态调整架6固定连接；通过导轨安装块10将导轨9安装在导轨安装架7上；导轨安装架7的侧面对称安装有“Z”字形临时调整块23，临时调整块23通过调整螺钉24对导轨9进行直线度调整；调整完成后锁紧导轨安装块10后即可卸下临时调整块23和调整螺钉24；能够有效调整导轨的直线度，增加测长的精度。导轨9上安装的滑台11；滑台11由电机8连接丝杠或皮带驱动到所需要位置；滑台11上安装有反射镜安装座12；反射镜安装座12采用导磁钢加工而成；反射镜安装座12上端设计有1.5英寸球座，侧面用于安装干涉仪反射镜13。干涉仪15通过调整座16安装在导轨安装架7一端，干涉仪15前端安装干涉镜14用于干涉光的生成。
本发明的工作过程参见附图3所示，首先将校准装置水平放置，将激光跟踪仪、激光雷达大尺寸测量设备按照图示位置放置在校准装置干涉仪对面；之后将激光跟踪仪反射镜25安装到反射镜安装座12球座上，分别打开激光跟踪仪及校准装置，滑台11运行到零位，分别记录激光跟踪仪及校准装置测量数据，采集完数据后滑台按照预设间距行走一个位置重复进行以上测量，最后分别计算跟踪仪及校准装置预设位置点到零点距离，并进行比对获取被校准设备现场的测量误差。同理，水平姿态测量完成后可进行45°、90°等姿态的测量，具体位置摆放可参照ASME B89.4.19 2004进行放置。本系统通过干涉仪背对背检测，检测数据表明其测量不确定度达到(2.0+1.5L)μm，满足激光跟踪仪、激光雷达的现场校准需求。

Claims (4)

1.一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，其特征在于：由三部分组成：集成有控制系统的可移动调整底座；模块化的自动姿态调整机构；直线测长组件；
集成有控制系统的可移动调整底座，包括集成控制系统(1)、底座(2)、钿脚(3)和全向脚轮(4)；底座(2)是装置的基础，底座(2)的一端向内开设凹槽，用于放置直线导轨组件的端部；利用安装在底座(2)角落上的四个可调整钿脚(3)能够方便实现装置的水平调节功能；通过全向脚轮(4)能够方便实现校准装置的快速移动；集成控制系统(1)安装在底座(2)上，控制系统(1)通过串口与计算机进行通信，通过计算软件可自动驱动滑台(11)和梯形丝杠推杆(17)；
模块化的自动姿态调整机构，包括一体式支撑架(5)、姿态调整架(6)、梯形丝杠推杆(17)、姿态调整电机(18)、转轴(19)、预紧螺钉(20)、内嵌黄铜套(21)、外嵌黄铜套(22)；
两根梯形丝杠推杆(17)一端固定安装在一体式支撑架(5)上，一端固定安装在姿态调整架(6)上；两根梯形丝杠推杆(17)与姿态调整架(6)可绕转轴(19)旋转，一体式支撑架(5)与底座(2)固定连接，梯形丝杠推杆(17)升降到不同高度即可实现姿态调整架(6)角度的0°～90°调整；电机(18)固定在两根梯形丝杠推杆(17)底端；
上端敞开的一体式支撑架(5)两内侧分别安装有两个内嵌黄铜套(21)，一体加工的姿态调整架(6)旋转孔内两端安装有两个外嵌黄铜套(22)，转轴(19)穿过内嵌黄铜套(21)与外嵌黄铜套(22)并通过预紧螺钉(20)锁紧，以保证姿态调整架(6)绕转轴(19)旋转时无间隙；转轴(19)右侧端面设计有锁紧止转螺纹孔，螺钉通过孔拧紧到一体式支撑架(5)上，锁紧后整个姿态调整架(6)绕转轴(19)旋转，内嵌黄铜套(21)与外嵌黄铜套(22)接触面外径为旋转轴径的三倍以上，且内嵌黄铜套(21)与外嵌黄铜套(22)均采用石墨自润滑设计；
直线测长组件包括：导轨安装架(7)、电机(8)、导轨(9)、导轨安装块(10)、滑台(11)、反射镜安装座(12)、干涉仪反射镜(13)、干涉镜(14)、干涉仪(15)、调整座(16)、临时调整块(23)、调整螺钉(24)；
导轨安装架(7)通过螺钉与姿态调整架(6)固定连接；通过导轨安装块(10)将导轨(9)安装在导轨安装架(7)上；导轨安装架(7)的侧面对称安装有“Z”字形临时调整块(23)，临时调整块(23)通过调整螺钉(24)对导轨(9)进行直线度调整；调整完成后锁紧导轨安装块(10)后即可卸下临时调整块(23)和调整螺钉(24)；能够有效调整导轨的直线度，增加测长的精度；导轨(9)上安装的滑台(11)；滑台(11)由电机(8)连接丝杠或皮带驱动到所需要位置；滑台(11)上安装有反射镜安装座(12)；反射镜安装座(12)上端设计有球座，侧面用于安装干涉仪反射镜(13)；干涉仪(15)通过调整座(16)安装在导轨安装架(7)一端，干涉仪(15)前端安装干涉镜(14)用于干涉光的生成。
2.如权利要求1所述的一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，其特征在于：所述反射镜安装座(12)采用导磁钢加工而成。
3.如权利要求1所述的一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，其特征在于：所述底座(2)采用钢板焊接框架结构并一次性加工而成。
4.如权利要求1所述的一种全自动大尺寸测量设备现场校准装置，其特征在于：所述校准装置的校准方法为：首先将校准装置水平放置，将激光跟踪仪、激光雷达等大尺寸测量设备按照图示位置放置在校准装置干涉仪对面；之后将激光跟踪仪1.5英寸反射镜(25)安装到反射镜安装座(12)球座上，分别打开激光跟踪仪及校准装置，滑台(11)运行到零位，分别记录激光跟踪仪及校准装置测量数据，采集完数据后滑台按照预设间距行走一个位置再重复进行以上测量，最后分别计算跟踪仪及校准装置预设位置点到零点距离，并进行比对获取被校准设备现场的测量误差。
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