CN109405779A - L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械误差检测，为解决现有技术中装置不便携、不易操作的问题，实现对三坐标测量机垂直度误差进行测量，进一步的误差补偿提供原始误差数据，促进三坐标测量机测量精度的提高。为此，本发明采取的技术方案是，L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测装置及方法,包括基座、连接杆和陶瓷球；所述陶瓷球粘接在连接杆上；所述连接杆通过底部螺纹与基座固定配合，螺纹上端设有退刀槽，连接杆中间设有安装孔，顶端粘接陶瓷球；所述基座为L型，沿L型垂直两臂中间设有等距排列的5至10个螺纹孔。本发明主要应用于机械量测量场合。

Description

L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种误差检测装置及方法，特别是一种基于L型球列的三坐标测量机垂直度误差的检测装置及方法。

背景技术

三坐标测量机是广泛应用于机械制造、电子和航空航天等工业场合的测量仪器，一般由3个互相垂直的轴组成。由于生产装配等原因，三坐标测量机的三个轴之间不可避免地存在垂直度误差，它是一个常数。

目前使用较为广泛的三坐标测量机垂直度误差检测装置有Renishaw(雷尼绍)检查规、激光干涉仪和一维球列。使用Renishaw检查规和激光干涉仪检测三坐标测量机垂直度误差虽然精度较高，但是装置复杂，结构冗余，对操作人员技术要求较高，不易于工业现场检测。专利CN1055812公开了一维球列测量法和测量装置检测三坐标测量机垂直度误差的方法，该方法通过将一维球列沿三坐标测量机工作的对角线摆放，根据四个端点坐标的测量值推算出垂直度误差。这种装置便携简单，但是对一维球列的摆放要求较高，特别是在测量XZ及YZ轴间垂直度时操作难度较大。因此需要开发一种新的三坐标测量机垂直度误差的检测装置及方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，解决现有技术中装置不便携、不易操作的问题，本发明旨在提出一种基于L型球列的三坐标测量机垂直度误差的检测装置及方法，采用该装置能够对三坐标测量机垂直度误差进行测量，为进一步的误差补偿提供原始误差数据，促进了三坐标测量机测量精度的提高。为此，本发明采取的技术方案是，L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测装置,包括基座、连接杆和陶瓷球；所述陶瓷球粘接在连接杆上；所述连接杆通过底部螺纹与基座固定配合，螺纹上端设有退刀槽，连接杆中间设有安装孔，顶端粘接陶瓷球；所述基座为L型，沿L型垂直两臂中间设有等距排列的5至10个螺纹孔。

L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测方法，利用前述装置实现，测量步骤如下：利用三坐标测量机对L型球列的两臂球列球心坐标进行检测，并拟合出两臂球列球心位置所在直线，进而标定出两条直线的夹角，再将L型球列依次摆放在待测三坐标测量机XY、XZ和YZ工作平面，重复标定过程所述步骤，得到各个工作面中两条拟合直线的夹角，最后依据垂直度误差定义公式求出个轴间的垂直度误差。

具体步骤细化如下：

1)对安装固定好的L型球列,使用更高精度的三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标(x₀,y₀,z₀)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₀₁和l₀₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₀₁和θ₀₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₀；

2)将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XY平面，使L型球列一臂与三坐标测量机X轴平行，另一臂与三坐标测量机Y轴平行，再使用三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标位置(x₁,y₁,z₁)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₁₁和l₁₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₁₁和θ₁₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₁；

3)根据三坐标测量机垂直度的定义即两个轴之间的夹角与直角之间的差值，利用公式α_XY＝α₀-α₁可以得到三坐标测量机X和Y轴间的垂直度误差；

4)同理，将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XZ平面和YZ平面，重复2)和3)中的步骤便能得到三坐标测量机X轴和Z轴以及Y轴和Z轴间的垂直度误差α_XZ、α_YZ。

本发明的特点及有益效果是：

本发明对一维球列进行组合利用，提出了改进后的L型球列装置，使其结构更加稳定，克服了一维球列不易摆放和多次摆放的缺点。改进后的L型球列装置结构简单稳定，摆放次数减少，测量效率得到提高。

附图说明：

图1为L型基座的示意图。

图2为球杆示意图。

图3为本发明装置的示意图图中：1-L型基座，2-连接杆，3-陶瓷球。

具体实施方式

本发明为了解决现有技术中装置不便携、不易操作的问题，提供一种基于L型球列的三坐标测量机垂直度误差的检测装置及方法，采用该装置能够对三坐标测量机垂直度误差进行测量，为进一步的误差补偿提供原始误差数据，促进了三坐标测量机测量精度的提高。

本发明基于L型球列的三坐标测量机垂直度误差的检测装置，包括基座、连接杆和陶瓷球；所述陶瓷球粘接在连接杆上；所述连接杆通过底部螺纹与基座固定配合，螺纹上端设有退刀槽，连接杆中间设有安装孔，安装孔的作用是方便与扳手配合完成连接杆与基座间的安装，顶端粘接陶瓷球；所述基座为L型，沿L型垂直两臂中间设有等距排列的5至10个螺纹孔。

将陶瓷球通过连接杆安装在L型基座上，为方便安装，将扳手一端插入安装孔，旋转扳手另一端即可带动连接杆与基座安装。安装固定后，采用以下步骤检测三坐标测量机的垂直度误差。

1)对安装固定好的L型球列,使用更高精度的三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标(x₀,y₀,z₀)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₀₁和l₀₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₀₁和θ₀₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₀；

2)将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XY平面，使L型球列一臂与三坐标测量机X轴平行，另一臂与三坐标测量机Y轴平行，再使用三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标位置(x₁,y₁,z₁)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₁₁和l₁₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₁₁和θ₁₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₁；

3)根据三坐标测量机垂直度的定义即两个轴之间的夹角与直角之间的差值，利用公式α_XY＝α₀-α₁可以得到三坐标测量机X和Y轴间的垂直度误差；

4)同理，将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XZ平面和YZ平面，重复2)和3)中的步骤便能得到三坐标测量机X轴和Z轴以及Y轴和Z轴间的垂直度误差α_XZ、α_YZ。

本发明基于L型球列的三坐标测量机垂直度误差的检测装置，包括基座1、连接杆2和陶瓷球3；所述陶瓷球3粘接在连接杆2上；所述连接杆2通过底部螺纹与基座1固定配合，螺纹上端设有退刀槽，连接杆2中间设有安装孔，顶端粘接陶瓷球3；所述基座1为L型，沿L型垂直两臂中间设有等距排列的5至10个螺纹孔。

本发明的技术方案如下：将陶瓷球3通过连接杆2安装在L型基座1上，安装固定后，采用以下步骤检测三坐标测量机的垂直度误差。

1)对安装固定好的L型球列,使用更高精度的三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标(x₀,y₀,z₀)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₀₁和l₀₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₀₁和θ₀₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₀；

2)将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XY平面，使L型球列一臂与三坐标测量机X轴平行，另一臂与三坐标测量机Y轴平行，再使用三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标位置(x₁,y₁,z₁)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₁₁和l₁₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₁₁和θ₁₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₁；

3)根据三坐标测量机垂直度的定义即两个轴之间的夹角与直角之间的差值，利用公式α_XY＝α₀-α₁可以得到三坐标测量机X和Y轴间的垂直度误差；

4)同理，将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XZ平面和YZ平面，重复2)和3)中的步骤便能得到三坐标测量机X轴和Z轴以及Y轴和Z轴间的垂直度误差α_XZ、α_YZ。

本发明的技术解决问题：基于L型球列的三坐标测量机垂直度误差的检测装置及方法。可实现三坐标测量机垂直度误差的检测，为进一步的误差补偿提供原始误差数据，促进了三坐标测量机测量精度的提高。

本发明的原理

L型球列结构简单，对称稳定，天然具有直角特性。利用高精度的三坐标测量机对L型球列的两臂球列球心坐标进行检测，并拟合出两臂球列球心位置所在直线，进而标定出两条直线的夹角，再将L型球列依次摆放在待测三坐标测量机XY、XZ和YZ工作平面，重复标定过程所述步骤，得到各个工作面中两条拟合直线的夹角，最后依据垂直度误差定义公式求出个轴间的垂直度误差。

Claims (3)

1.一种L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测装置，其特征是，包括基座、连接杆和陶瓷球；所述陶瓷球粘接在连接杆上；所述连接杆通过底部螺纹与基座固定配合，螺纹上端设有退刀槽，连接杆中间设有安装孔，顶端粘接陶瓷球；所述基座为L型，沿L型垂直两臂中间设有等距排列的5至10个螺纹孔。

2.一种L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测方法，其特征是，利用前述装置实现，测量步骤如下：利用三坐标测量机对L型球列的两臂球列球心坐标进行检测，并拟合出两臂球列球心位置所在直线，进而标定出两条直线的夹角，再将L型球列依次摆放在待测三坐标测量机XY、XZ和YZ工作平面，重复标定过程所述步骤，得到各个工作面中两条拟合直线的夹角，最后依据垂直度误差定义公式求出个轴间的垂直度误差。

3.如权利要求1所述的L型球列的三坐标测量机垂直度误差检测方法，其特征是，具体步骤细化如下：

1)对安装固定好的L型球列,使用更高精度的三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标(x₀,y₀,z₀)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₀₁和l₀₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₀₁和θ₀₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₀；

2)将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XY平面，使L型球列一臂与三坐标测量机X轴平行，另一臂与三坐标测量机Y轴平行，再使用三坐标测量机检测陶瓷球的球心坐标位置(x₁,y₁,z₁)，并利用最小二乘法分别拟合出L型球列两臂的球列球心所在的直线l₁₁和l₁₂，通过两条拟合直线的斜率求得他们与基准轴的夹角θ₁₁和θ₁₂，进而通过数学运算求得两条拟合直线间的夹角α₁；

3)根据三坐标测量机垂直度的定义即两个轴之间的夹角与直角之间的差值，利用公式α_XY＝α₀-α₁可以得到三坐标测量机X和Y轴间的垂直度误差；

4)同理，将L型球列摆放在三坐标测量机工作的XZ平面和YZ平面，重复2)和3)中的步骤便能得到三坐标测量机X轴和Z轴以及Y轴和Z轴间的垂直度误差α_XZ、α_YZ。