CN107202556B - 一种基于影像调整z轴运动垂直度误差的方法 - Google Patents

一种基于影像调整z轴运动垂直度误差的方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于垂直度测量技术领域，提供了一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法。该方法是将CCD取像装置固定在Z轴上，将CCD显示屏里的十字线与XY移动平台调整平行后，将标准直角规放置于XY移动平台上，利用CCD取像装置取得的影像在CCD显示屏中显示，在X方向上测量标准直角规的长度，得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值后，根据基准偏差值的推导计算来调整Z轴的运动轨迹与XY移动平台的X方向垂直；接着，将标准直角规水平旋转90度，在Y方向上测量标准直角规的长度，得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值后，根据基准偏差值的推导计算来调整Z轴的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直，其测量精度高、成本低及通用性高。

Description

一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法
技术领域
本发明属于垂直度测量技术领域，尤其涉及一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法。
背景技术
针对垂直度误差，传统的方法是通过大理石直角规打表的方法或者采用激光定位的方法来解决设备的垂直度误差；其中，采用大理石打表的方法虽然成本相对较低，应用性比较广泛，但是存在精度比较低，无法得出具体数据的缺点；而采用激光定位的方法，是通过激光三角定位来观察激光定位的偏移量，然后通过软件来进行修正，虽然可以获得比较好的垂直度，但是成本高，需要借助软件来补正，通用性较低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，旨在解决现有技术中的垂直度误差调整方法所存在的精度低、成本高及通用性低的问题。
本发明实施例是这样实现的，提供一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，该方法包括以下步骤：
a、将CCD(Charge-coupled Device电荷耦合元件)取像装置安装在带有光栅尺的设备的Z轴上后，将与CCD取像装置连接的CCD显示屏里显示的十字线中的横向线与竖向线分别与设备的XY移动平台的X、Y方向对应调整平行；
b、在设备的XY移动平台上放置标准直角规，将其长度方向朝向XY移动平台上的X方向，使所述标准直角规在X正方向上的一端边缘在CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，同时将光栅数显表上数据清零；
c、将XY移动平台沿X正方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，并调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿X方向移动调整，直至标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，此时，记录X方向的移动数据X1；
d、将所述标准直角规水平旋转180度，并将其在X负方向上的一端边缘在所述CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，同时将光栅数显表上数据清零；
e、将XY移动平台沿X负方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿X方向移动调整，直至所述标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，此时，记录X方向的移动数据X2；
f、计算得出标准直角规的标准长度数值为X3＝(X1+X2)/2，计算得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值为X4＝X3-X1；
g、将设备的Z轴在对焦移动时的行程记为X5，整个运动行程记为X6，从而得出Z轴整个运动行程在X方向上的整个偏差值为X7＝X4/X5*X6；
h、若X7为正值，将Z轴立柱底端在X正方位垫厚度为X7的垫片，若X7为负值，则将Z轴立柱底端在X负方位垫厚度为X7的垫片，使Z轴的运动轨迹与XY移动平台的X方向垂直；
i、将所述标准直角规水平旋转90度，使所述标准直角规的长度方向朝向Y方向，并使所述标准直角规在Y正方向上的一端边缘在CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐；
j、将XY移动平台沿Y正方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，并调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿Y方向移动调整，直至所述标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐，此时，记录Y方向的移动数据Y1；
k、将所述标准直角规水平旋转180度，并将其在Y负方向上的一端边缘在所述CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的对平线对齐；
l、将XY移动平台沿Y负方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿Y方向移动调整，直至所述标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐，此时，记录Y方向的移动数据Y2；
m、计算得出标准直角规的标准长度数值为Y3＝(Y1+Y2)/2，计算得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值为Y4＝Y3-Y1；
n、将设备的Z轴在对焦移动时的行程记为Y5，整个运动行程记为Y6，从而得出Z轴整个运动行程在Y方向上的整个偏差值为Y7＝Y4/Y5*Y6；
o、若Y7为正值，将Z轴立柱底端在Y正方位垫厚度为Y7的垫片，若Y7为负值，则将Z轴立柱底端在Y负方位垫厚度为Y7的垫片，使Z轴的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直,从而完成z轴垂直度的调整。
进一步地，在所述步骤c中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿X正方向移动至所述标准直角规的另一端。
进一步地，在所述步骤e中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿X负方向移动至标准直角规的另一端。
进一步地，在所述步骤j中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿Y正方向移动至所述标准直角规的另一端。
进一步地，在所述步骤l中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿Y负方向移动至所述标准直角规的另一端。
进一步地，在所述步骤h之后，重复步骤b、c、d和e,验证z轴运动轨迹与XY移动平台X方向的垂直度无误差后，再操作i步骤。
进一步地，在所述步骤o之后，重复步骤i、j、k和l,验证z轴运动轨迹与XY移动平台的Y方向的垂直度是否无误差。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：本发明的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法是将CCD取像装置固定在Z轴上，并调整CCD显示屏里的十字线中的横向线与竖向线分别与XY移动平台的X、Y方向平行后，将标准直角规放置于XY移动平台上，利用CCD取像装置取得的影像在CCD显示屏中显示，在X方向上测量标准直角规的长度，得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值后，通过计算得出Z轴的整个运动行程在X方向上的整个偏差值X7，再在Z轴立柱沿X方向上的正方位或负方位垫厚度为X7的垫片，从而能够使Z轴的运动轨迹与XY移动平台的X方向垂直；接着，将标准直角规水平旋转90度，在Y方向上测量标准直角规的长度，得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值后，通过计算得出Z轴的整个运动行程在Y方向上的整个偏差值Y7，再在Z轴立柱沿Y方向上的正方位或负方位垫厚度为Y7的垫片，从而能够使Z轴的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直；进而能够使Z轴能够与XY移动平台垂直，可见，本发明的调整方法极大提高了设备的三维加工精度和测量精度，具有精度高、成本低及通用性高的优点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法在X方向上调整Z轴的运动轨迹与XY移动平台的X方向垂直度步骤一示意图；
图2是本发明实施例提供的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法在X方向上调整Z轴的运动轨迹与XY移动平台的X方向垂直度步骤二示意图；
图3是本发明实施例提供的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法在Y方向上调整Z轴的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直度步骤一示意图；
图4是本发明实施例提供的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法在Y方向上调整Z轴的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直度步骤二示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图4所示，是本发明实施例提供的一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，该方法包括以下步骤：
a、将CCD取像装置3安装在带有光栅尺的设备的Z轴2上后，将与CCD取像装置3连接的CCD显示屏5里显示的十字线中的横向线与竖向线分别与设备的XY移动平台1的X、Y方向对应调整平行，即十字线中的横向线与X方向平行，十字线中的竖向线与Y方向平行。
b、参见图1所示，在设备的XY移动平台1上放置标准直角规4，将其长度方向朝向XY移动平台1上的X方向，使标准直角规4在X正方向上的一端边缘在CCD显示屏5里对焦清晰，并使该边缘与CCD显示屏5里的十字线中的竖向线对齐，同时将光栅数显表上数据清零。
c、对齐后，将设备的坐标归零，以便后续的数据计算。在坐标归零后，再将XY移动平台1沿X正方向移动至使标准直角规4的另一端在CCD显示屏5里对焦，并调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿X方向移动调整，直至标准直角规4另一端上的边缘与CCD显示屏5里的十字线中的竖向线对齐，此时，记录X方向的移动数据X1。
d、参见图2所示，将标准直角规4水平旋转180度，并将其在X负方向上的一端边缘在CCD显示屏5里对焦清晰，并使该边缘与CCD显示屏5里的十字线中的竖向线对齐，同时将光栅数显表上数据清零。
e、对齐后，将设备的坐标归零，将设备的坐标归零，以便后续的数据计算。在坐标归零后，再将XY移动平台1沿X负方向移动至使标准直角规4的另一端在CCD显示屏5里对焦，调节Z轴2移动，直至对焦清晰后，继续沿X方向移动调整，直至标准直角规4另一端上的边缘与CCD显示屏5里的十字线中的竖向线对齐，此时，记录X方向的移动数据X2。
f、计算得出标准直角规4的标准长度数值为X3＝(X1+X2)/2，计算得出Z轴2在对焦运动时的基准偏差值为X4＝X3-X1。
g、将设备的Z轴2在对焦移动时的行程记为X5，整个运动行程记为X6，从而得出Z轴2整个运动行程在X方向上的整个偏差值为X7＝X4/X5*X6。
h、若X7为正值，将Z轴2立柱底端在X正方位垫厚度为X7的垫片，若X7为负值，则将Z轴2立柱底端在X负方位垫厚度为X7的垫片，相当于将Z轴2在X方向上倾斜一个角度，使Z轴2的运动轨迹与XY移动平台1的X方向垂直。
i、参见图3所示，将标准直角规4水平旋转90度，使标准直角规4的长度方向朝向Y方向，并使标准直角规4在Y正方向上的一端边缘在CCD显示屏5里对焦清晰，并使该边缘与CCD显示屏5里的十字线中的横向线对齐。
j、对齐后，将设备的坐标归零，将设备的坐标归零，以便后续的数据计算。在坐标归零后，再将XY移动平台1沿Y正方向移动至使标准直角规4的另一端在CCD显示屏5里对焦，并调节Z轴2移动，直至对焦清晰后，继续沿Y方向移动调整，直至标准直角规4另一端上的边缘与CCD显示屏5里的十字线中的横向线对齐，此时，记录Y方向的移动数据Y1。
k、参见图4所示，将标准直角规4水平旋转180度，并将其在Y负方向上的一端边缘在CCD显示屏5里对焦清晰，并使该边缘与CCD显示屏5里的十字线中的横向线对齐。
l、对齐后，将设备的坐标归零，将设备的坐标归零，以便后续的数据计算。在坐标归零后，再将XY移动平台1沿Y负方向移动至使标准直角规4的另一端在CCD显示屏5里对焦，调节Z轴2移动，直至对焦清晰后，继续沿Y方向移动调整，直至标准直角规4另一端上的边缘与CCD显示屏5里的十字线中的其中横向线对齐，此时，记录Y方向的移动数据Y2。
m、计算得出标准直角规的标准长度数值为Y3＝(Y1+Y2)/2，计算得出Z轴2在对焦运动时的基准偏差值为Y4＝Y3-Y1。
n、将设备的Z轴2在对焦移动时的行程记为Y5，整个运动行程记为Y6,从而得出Z轴2整个运动行程在Y方向上的整个偏差值为Y7＝Y4/Y5*Y6。
o、若Y7为正值，将Z轴2立柱底端在Y正方位垫厚度为Y7的垫片，若Y7为负值，则将Z轴2立柱底端在Y负方位垫厚度为Y7的垫片，相当于将Z轴2在Y方向上倾斜一个角度，使Z轴2的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直,从而完成z轴2与XY移动平台1垂直度的调整。
上述实施例中，在步骤h之后及在步骤j之前，重复步骤b、c、d和e,验证z轴2运动轨迹与XY移动平台X方向的垂直度是否无误差，确保z轴2运动轨迹与XY移动平台X方向的垂直度，便于后续操作的进一步进行。在步骤o之后，重复步骤i、j、k和l,验证z轴2运动轨迹与XY移动平台1的Y方向的垂直度是否无误差，确保Z轴2运动轨迹与XY移动平台1垂直。
综上所述，上述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法大致过程如下：将CCD取像装置3固定在Z轴2上，并调整CCD显示屏5里的十字线中的横向线与竖向线分别与XY移动平台1的X、Y方向平行后，将标准直角规4放置于XY移动平台1上，利用CCD取像装置3取得的影像在CCD显示屏5中显示，在X方向上测量标准直角规4的长度，得出Z轴2在对焦运动时的基准偏差值后，通过计算得出Z轴2的整个运动行程在X方向上的整个偏差值X7，再在Z轴2立柱沿X方向上的正方位或负方位垫厚度为X7的垫片，从而能够使Z轴2的运动轨迹与XY移动平台1的X方向垂直；接着，将标准直角规4水平旋转90度，在Y方向上测量标准直角规4的长度，得出Z轴2在对焦运动时的基准偏差值后，通过计算得出Z轴2的整个运动行程在Y方向上的整个偏差值Y7，再在Z轴2立柱沿Y方向上的正方位或负方位垫厚度为Y7的垫片，从而能够使Z轴2的运动轨迹与XY移动平台1的Y方向垂直；进而能够使Z轴2能够与XY移动平台1垂直，极大提高了设备的三维加工精度和测量精度，具有精度高、成本低及通用性高的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a、将CCD取像装置安装在带有光栅尺的设备的Z轴上后，将与CCD取像装置连接的CCD显示屏里显示的十字线中的横向线与竖向线分别与设备的XY移动平台的X、Y方向对应调整平行；
b、在设备的XY移动平台上放置标准直角规，将其长度方向朝向XY移动平台上的X方向，使所述标准直角规在X正方向上的一端边缘在CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，同时将光栅数显表上数据清零；
c、将XY移动平台沿X正方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，并调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿X方向移动调整，直至标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，此时，记录X方向的移动数据X1；
d、将所述标准直角规水平旋转180度，并将其在X负方向上的一端边缘在所述CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，同时将光栅数显表上数据清零；
e、将XY移动平台沿X负方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿X方向移动调整，直至所述标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的竖向线对齐，此时，记录X方向的移动数据X2；
f、计算得出标准直角规的标准长度数值为X3＝(X1+X2)/2，计算得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值为X4＝X3-X1；
g、将设备的Z轴在对焦移动时的行程记为X5，整个运动行程记为X6，从而得出Z轴整个运动行程在X方向上的整个偏差值为X7＝X4/X5*X6；
h、若X7为正值，将Z轴立柱底端在X正方位垫厚度为X7的垫片，若X7为负值，则将Z轴立柱底端在X负方位垫厚度为X7的垫片，使Z轴的运动轨迹与XY移动平台的X方向垂直；
i、将所述标准直角规水平旋转90度，使所述标准直角规的长度方向朝向Y方向，并使所述标准直角规在Y正方向上的一端边缘在CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐；
j、将XY移动平台沿Y正方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，并调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿Y方向移动调整，直至所述标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐，此时，记录Y方向的移动数据Y1；
k、将所述标准直角规水平旋转180度，并将其在Y负方向上的一端边缘在所述CCD显示屏里对焦清晰，并使该边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐；
l、将XY移动平台沿Y负方向移动至使所述标准直角规的另一端在CCD显示屏里对焦，调节Z轴移动，直至对焦清晰后，继续沿Y方向移动调整，直至所述标准直角规另一端上的边缘与所述CCD显示屏里的十字线中的横向线对齐，此时，记录Y方向的移动数据Y2；
m、计算得出标准直角规的标准长度数值为Y3＝(Y1+Y2)/2，计算得出Z轴在对焦运动时的基准偏差值为Y4＝Y3-Y1；
n、将设备的Z轴在对焦移动时的行程记为Y5，整个运动行程记为Y6,从而得出Z轴整个运动行程在Y方向上的整个偏差值为Y7＝Y4/Y5*Y6；
o、若Y7为正值，将Z轴立柱底端在Y正方位垫厚度为Y7的垫片，若Y7为负值，则将Z轴立柱底端在Y负方位垫厚度为Y7的垫片，使Z轴的运动轨迹与XY移动平台的Y方向垂直,从而完成z轴垂直度的调整。
2.如权利要求1所述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，在所述步骤c中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿X正方向移动至所述标准直角规的另一端。
3.如权利要求1所述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，在所述步骤e中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿X负方向移动至标准直角规的另一端。
4.如权利要求1所述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，在所述步骤j中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿Y正方向移动至所述标准直角规的另一端。
5.如权利要求1所述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，在所述步骤l中，首先将设备的坐标归零，再将XY移动平台沿Y负方向移动至所述标准直角规的另一端。
6.如权利要求1所述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，在所述步骤h之后，重复步骤b、c、d和e,验证z轴运动轨迹与XY移动平台X方向的垂直度无误差后，再操作i步骤。
7.如权利要求1所述的基于影像调整Z轴运动垂直度误差的方法，其特征在于，在所述步骤o之后，重复步骤i、j、k和l,验证z轴运动轨迹与XY移动平台的Y方向的垂直度是否无误差。
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