CN111496721B - 一种定位球头装调方法及工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位球头装调方法，包括以下步骤：在球头固定板上安装激光测量头；通过激光跟踪仪测量激光测量头此时位置坐标，与理论设计值比较，调整激光测量头相对于当前支架位点的水平位置以及垂直位置以符合理论设计值；将球头固定板上安装的激光测量头替换为定位球头。本发明采用激光测量头和定位球头互换的方法，取代以前手持式间接测量方式，操作简单，精确度更高，且有效提高了装调效率，尤其是在光机模块数量达到成百上千个时，节省时间几何倍数增长。

Description

一种定位球头装调方法及工装

技术领域

本发明涉及光学器械技术领域，具体涉及一种定位球头装调方法及工装。

背景技术

目前，光机模块被广泛应用于国家重大科学装置中，如射电望远镜、红外激光装置等，而光机模块的支撑部件大多为弱刚性架体，光机模块对光束准确、快速、稳定地通过有着近乎苛刻的要求，而作为支撑部件，弱刚性架体的结构尺寸稳定性很难保证，如何防止多个光机模块位置(球头位置)随架体尺寸变形而产生偏差至关重要。

现有技术中，以设计图纸上各定位孔的尺寸、公差为参考，直接在弱刚性架体上精加工定位孔，定位球头与定位孔之间采用H7/g6的配合精度直接安装在架体上(光机模块是安装在定位球头上，故定位球头位置固定，光机模块位置即固定)，然后以架体底部四个基准孔为基准，将激光测量头紧靠定位球头(相切)，通过激光跟踪仪来测定激光测量头球心的坐标，再通过公式换算进一步计算出定位球头中心坐标，如图1和图2所示。现有定位球头安装和测量方法存在以下问题：

1、支撑架架体为弱刚性件，整个架体通过不锈钢管材焊接而成，在完成精密加工后检测的球头坐标符合精度要求，但是由于焊接应力和机械加工应力的存在，经过一段时间后，应力释放会导致架体发生变形，最终导致球头位置产生偏差，无法满足定位球头的装调精度要求。

2、先测定激光测量头球心坐标，进而再转换成定位球头中心坐标，操作繁琐，效率低下，且人工持握激光测量头稳定性较差，精度无法保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：定位球头的装调精度控制难度大，本发明提供了解决上述问题的一种定位球头装调方法及工装，工装结构简单，制作成本低，且能够实现定位球头的快速安装及纠偏调准操作。

本发明通过下述技术方案实现：

一种定位球头装调方法，包括以下步骤：

步骤1，在球头固定板上安装激光测量头；

步骤2，通过激光跟踪仪测量激光测量头此时位置坐标，与理论设计值比较，调整激光测量头相对于当前支架位点的水平位置以及垂直位置以符合理论设计值；

步骤3，将球头固定板上安装的激光测量头替换为定位球头。

现有技术中，以设计图纸上各定位孔的尺寸、公差为参考，直接在弱刚性架体上精加工定位孔，定位球头与定位孔之间采用H7/g6的配合精度直接安装在架体上，然后以架体底部四个基准孔为基准，将激光测量头紧靠定位球头(相切)，通过激光跟踪仪来测定激光测量头球心的坐标，再通过公式换算进一步计算出定位球头中心坐标，如图1和图2所示。首先，这种测量方式，先测定激光测量头球心坐标，进而再转换成定位球头中心坐标，操作繁琐，效率低下，且人工持握激光测量头稳定性较差，精度无法保证；此外，由于支撑架架体为弱刚性件，整个架体通过不锈钢管材焊接而成，在完成精密加工后检测的球头坐标符合精度要求，但是由于焊接应力和机械加工应力的存在，经过一段时间后，应力释放会导致架体发生变形，最终导致球头位置产生偏差，无法满足定位球头的装调精度要求，还需要重复上述方法进行纠偏，增加了工作难度和成本。

本发明提供了一种可实现定位球头的快速安装及纠偏调准操作的方法，主要构思就是采用激光测量头和定位球头互换的方法，取代以前手持式间接测量方式；这种操作首先保障激光测量头和定位球头两者在前后在同一位置安装时，球心重合或存在已知的定量关系；跟踪测定激光测量头的位置，并调整激光测量头的位置坐标至理论设定值，然后取下激光测量头，在原安装激光测量头的位置安装定位球头；这种操作简单，精确度更高，且有效提高了装调效率，尤其是在光机模块数量达到成百上千个时，节省时间几何倍数增长；在后期因长时静止、颠簸等情况，导致支架应力释放而产生定位球头位置偏差，可通过该方法快速复位，快速完成定位球头的纠偏操作。

进一步地，所述定位球头在球头固定板上的安装时的球心位置与激光测量球头在球头固定板上安装时的球心位置重合。

本发明提供的激光测量头和定位球头互换的方法，保障定位球头在球头固定板上的安装时的球心位置与激光测量球头在球头固定板上安装时的球心位置重合，无须推算两者的位置关系，减少中间环节，不仅大大节约测量时间，还有效避免中间环节偏差造成整体测量精度不高等问题。

进一步地，所述步骤2中，调整激光测量头相对于当前支架位点的水平位置以及垂直位置，采用可实现X向、Y向和Z向调节的整体工装；或者采用实现X向调节预制件、Y向调节预制件和Z向调节预制件随机组合装置进行调节。

只要能实现调整激光测量头位置坐标的目的的装置均可，例如，通过调节球头固定板相对于支架各向移动，从而带动激光测量头同步移动，实现间接对激光测量头坐标的调节；或者通过专用工具直接调节激光测量头相对于支架各向移动，实现直接对激光测量头坐标的调节；或者是上述两种情况的结合。

又例如，采用可实现X向、Y向和Z向调节的整体工装进行直接或间接调整激光测量头的坐标。或者采用X向调节预制件、Y向调节预制件和Z向调节预制件三种预制件在现场组合，实现直接或间接调整激光测量头的坐标；或者采用X向调节预制件和Y向调节预制件组合作为整体结构与Z向调节预制件两种预制件在现场组合，实现直接或间接调整激光测量头的坐标；或者采用Y向调节预制件和Z向调节预制件组合作为整体结构与X向调节预制件两种预制件在现场组合，实现直接或间接调整激光测量头的坐标；或者采用X向调节预制件和Z向调节预制件组合作为整体结构与Y向调节预制件两种预制件在现场组合，实现直接或间接调整激光测量头的坐标。

一种定位球头装调工装，包括球头固定板，所述球头固定板上设有安装孔，用于实现上述的一种定位球头装调方法；以安装定位球头所在支架的表面为XY水平面，所述安装孔内设有Z向升降调节部件，球头固定板上还设有X向和Y向水平调节部件，带动球头固定板相对于支架在X向和/或Y向移动；在调准使用时，所述升降调节部件上用于安装激光测量头，通过升降调节部件和水平调节部件调节球头固定板在支架上的安装位置，以同步实现激光测量头的X/Y/Z向坐标位置调整；在调准结束后，升降调节部件上用于安装定位球头，将安装定位球头取代原激光测量头的位置。

本发明为了实现上述一种定位球头装调方法，提供了一种定位球头装调工装，摒弃了传统精加工定位孔的安装结构，提供一种对激光测量头三向坐标调节的工装，可快速有效调整基准孔和定位孔坐标位置，装调精度满足要求，可实现定位球头的快速安装及纠偏调准操作的方法。

进一步地，所述升降调节部件采用螺纹升降机构。

采用螺纹升降机构，通过顺时针或逆时针螺纹转动，可实现对激光测量头Z向坐标的连续调节。

进一步地，所述升降调节部件采用套筒，所述套筒的外壁与安装孔的内壁螺纹连接；在调准使用时，在套筒内用于安装测量头放置柱，所述测量头放置柱的一端固定在套筒内、另一端安装激光测量头；在调准结束后，套筒内用于安装定位球头。

将套筒与安装孔螺纹连接，通过顺时针或逆时针旋转套筒，转换成套筒沿安装孔轴向向上或向下运动，带动安装在套筒上的激光测量头同步向上或向下运动，从而实现对激光测量头Z向坐标位置的调节。

进一步地，所述球头固定板上设有凸台，安装孔贯穿凸台；在球头固定板与支架适配时，所述凸台伸入或贯穿支架上的定位孔；且凸台与定位孔间隙配合。

在球头固定板上设置凸台利于延长套筒和安装孔的接触面积，提高对激光测量头或定位球头的安装稳定性；本发明提供的装置是通过调整球头固定板相对于支架X/Y向移动，从而带动激光测量探头同步运动，因此设置凸台和支架上的定位孔间隙配合，凸台的外壁到支架的定位孔内壁之间的距离决定了球头固定板相对于支架X向或Y向移动的距离。

进一步地，还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母用于锁紧套筒和球头固定板。

上述提供的是结构可实现对激光测量头Z向调节，进一步地，在将激光测量头7Z向坐标位置固定后，通过锁紧螺母将套筒固定在安装板上，防止螺纹松动使得激光测量头的位置发生偏移；具体地，锁紧螺母螺纹套接在套筒上，且位于激光测量头或定位球头与球头固定板之间，用于锁紧套筒和球头固定板。

进一步地，所述水平调节部件包括至少一根固定杆，所述球头固定板上还设有与固定杆数量匹配的调节孔；所述固定杆一端贯穿调节孔后与支架连接；固定杆位于调节孔内的杆段与调节孔间隙配合。

固定杆一端贯穿调节孔后与支架上开设的螺纹孔螺纹连接，固定杆位于调节孔内的杆段与调节孔间隙配合。调节激光测量球头的位置时，移动球头固定板，固定杆的外壁和调节孔内壁之间的间隙直接决定球头固定板相对于支架X向或Y向移动的距离。

进一步地，所述固定杆的一端与支架螺纹连接、另一端设有垫片和螺帽，实现将球头固定板在支架上锁紧固定。

固定杆一端贯穿调节孔后与支架上开设的螺纹孔螺纹连接，固定杆另一端设有垫片和螺帽(实质就是带有螺帽的螺杆和垫片的组合)，实现将球头固定板在支架上锁紧固定；调节激光测量球头的位置时，松动固定杆，移动球头固定板，固定杆的外壁和调节孔内壁之间的间隙直接决定球头固定板相对于支架X向或Y向移动的距离。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供了一种可实现定位球头的快速安装及纠偏调准操作的方法，主要构思就是采用激光测量头和定位球头互换的方法，取代以前手持式间接测量方式；这种操作首先保障激光测量头和定位球头两者在前后在同一位置安装时，球心重合或存在已知的定量关系；跟踪测定激光测量头的位置，并调整激光测量头的位置坐标至理论设定值，然后取下激光测量头，在原安装激光测量头的位置安装定位球头；这种操作简单，精确度更高，且有效提高了装调效率，尤其是在光机模块数量达到成百上千个时，节省时间几何倍数增长；在后期因长时静止、颠簸等情况，导致支架应力释放而产生定位球头位置偏差，可通过该方法快速复位，快速完成定位球头的纠偏操作。

2、由于本发明采用了激光测量头和定位球头互换的方法，因此需要尽可能保障前期安装及测量精度的准确性，为了保障安装精度，防止多个预制件现场组合存在精度偏差，影响后续测量精度，本发明采用可实现X向、Y向和Z向调节的整体工装，各部件均是加工组合好的部件；且本发明提供的定位球头装调工装，结构简单，防止结构过于复杂笨重，加速安装部位支架变形。

3、本发明提供的定位球头装调方法，在实际工程中已得到有效验证，装调精度满足要求，装调效率提升50％以上(采用该装调工装提升的效率更高)，大大节省了人力成本、物资成本，缩短了项目装调周期。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术的现场测量结构示意图；

图2为现有技术的定位孔处测量方式示意图；

图3为本发明的球头固定板与支架装配截面结构示意图；

图4为本发明的球头固定板与支架装配立体结构俯视图；

图5为本发明的球头固定板与支架装配立体结构仰视图；

图6为本发明的球头固定板安装激光测量头的截面结构示意图；

图7为本发明的球头固定板安装定位球头的截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-球头固定板，2-安装孔，3-定位球头，4-支架，7-激光测量头，51-套筒，8-螺纹孔，9-测量头放置柱，10-凸台，52-锁紧螺母，61-固定杆，62-调节孔，11-定位孔，12-基准孔，13-激光跟踪仪，14-操作者。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种定位球头装调方法，具体步骤如下所示：

步骤1，在球头固定板上安装激光测量头；

步骤2，通过激光跟踪仪测量激光测量头此时位置坐标，与理论设计值比较，调整激光测量头相对于当前支架位点的水平位置以及垂直位置以符合理论设计值。具体地，调整激光测量头相对于当前支架位点的水平位置以及垂直位置，采用可实现X向、Y向和Z向调节的整体工装；或者采用实现X向调节预制件、Y向调节预制件和Z向调节预制件随机组合装置进行调节。且调整激光测量探头的位置可通过调整球头固定板相对于支架X/Y/Z向移动，从而带动激光测量探头同步运动；或者通过辅助部件调整激光测量探头相对于球头固定板移动，从而带动激光测量探头同步移动。

步骤3，将球头固定板上安装的激光测量头替换为定位球头；定位球头在球头固定板上的安装时的球心位置与激光测量球头7在球头固定板上安装时的球心位置重合。

实施例2

本实施例提供了一种定位球头装调工装，是一种可实现X向、Y向和Z向调节的整体工装，包括球头固定板1，球头固定板1上设有安装孔2，用于实现实施例1所述的一种定位球头装调方法；以安装定位球头3所在支架4的表面为XY水平面安装孔2内设有Z向升降调节部件，球头固定板1上还设有X向和Y向水平调节部件。

在调准使用时，升降调节部件上用于安装激光测量头7，通过升降调节部件和水平调节部件调节球头固定板1在支架4上的安装位置，以同步实现激光测量头7的X/Y/Z向坐标位置调整；

在调准结束后，升降调节部件上用于安装定位球头3，将安装定位球头3取代原激光测量头7的位置。

实施例3

在实施例2地基础上进一步改进，所述升降调节部件采用螺纹升降机构，具体结构如下所示：

升降调节部件采用套筒51，套筒51的外壁与安装孔2的内壁螺纹连接；在调准使用时，在套筒5内用于安装测量头放置柱9，测量头放置柱9的一端固定在套筒51内、另一端安装激光测量头7；在调准结束后，套筒51内用于安装定位球头3。

球头固定板1上设有凸台10使球头固定板1整体呈T型结构，安装孔2贯穿凸台10；在球头固定板1与支架4适配时，凸台10伸入或贯穿支架4上的定位孔11；且凸台10与定位孔11间隙配合。

将套筒51与安装孔2螺纹连接，通过顺时针或逆时针旋转套筒51，转换成套筒51沿安装孔2轴向向上或向下运动，带动安装在套筒51上的激光测量头7同步向上或向下运动，从而实现对激光测量头7Z向坐标位置的调节。在球头固定板1上设置凸台10利于延长套筒51和安装孔2的接触面积，提高对激光测量头7或定位球头3的安装稳定性；本发明提供的装置是通过调整球头固定板相对于支架X/Y向移动，从而带动激光测量探头同步运动，因此设置凸台10和支架4上的定位孔11间隙配合，凸台10的外壁到支架4的定位孔11内壁之间的距离决定了球头固定板1相对于支架4X向或Y向移动的距离；

上述提供的是结构可实现对激光测量头7Z向调节以及允许对激光测量头7X和/或Y向调节，进一步地，在将激光测量头7Z向坐标位置固定后，通过锁紧螺母52将套筒51固定在安装板上，防止螺纹松动使得激光测量头7的位置发生偏移；具体地，锁紧螺母52螺纹套接在套筒51上，且位于激光测量头7或定位球头3与球头固定板1之间，用于锁紧套筒51和球头固定板1。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，所述水平调节部件包括至少一根固定杆61，本实施例采用了两根固定杆61，球头固定板1上还设有两个调节孔62与固定杆61匹配，且两个调节孔62以凸台10为轴线成轴对称设置。

固定杆61一端贯穿调节孔62后与支架4上开设的螺纹孔8螺纹连接，固定杆61另一端设有垫片和螺帽(实质就是带有螺帽的螺杆和垫片的组合)，实现将球头固定板1在支架4上锁紧固定；固定杆61位于调节孔62内的杆段与调节孔62间隙配合。调节激光测量球头7的位置时，松动固定杆61，移动球头固定板1，固定杆61的外壁和调节孔62内壁之间的间隙直接决定球头固定板1相对于支架1X向或Y向移动的距离。

实施例5

实施例4提供的一种定位球头装调工装的工作原理如下所示：

步骤1，设计加工定位球头，保障安装在套筒上时，其球心位置设计成与激光测量头的球心位置相重合的状态。

步骤2，在支架的定位孔位置加装上述一种定位球头装调工装；此处，如图4所示，以球头固定板的长度方向为X轴方向，以球头固定板的宽度方向为Y轴方向，以垂直于球头固定板的方向为Z轴方向。

首先，将球头固定板上的凸台贯穿定位孔，将激光测量头通过测量头放置柱安装在套筒上；然后，将固定杆一端贯穿球头固定板上的调节孔后螺纹旋入支架上的螺纹孔内；最后，进行调节校准，通过激光跟踪仪测量激光测量头此时位置坐标，与理论设计值比较，通过顺时针或逆时针转动套筒，可实现上下连续调整激光测量头的Z值，通过水平向移动球头固定板，可实现连续调节激光测量头X值和Y值，调整到位后通过拧紧锁紧螺母将套筒锁死固定在球头固定板上，通过螺杆进一步旋入螺纹孔内将球头固定板锁死固定在支架上。

步骤3，拆掉激光测量头，替换成定位球头，完成球头的定位。

步骤4，一段时间后，支架因应力释放导致定位球头位置出现偏差，可重复上述1、3、4步骤，快速实现定位球头纠偏操作，完成复定位。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种定位球头装调工装，包括球头固定板(1)，所述球头固定板(1)上设有安装孔(2)，其特征在于，以安装定位球头(3)所在支架(4)的表面为XY水平面，所述安装孔(2)内设有Z向升降调节部件，球头固定板(1)上还设有X向和Y向水平调节部件，带动球头固定板(1)相对于支架(4)在X向和/或Y向移动；

在调准使用时，所述升降调节部件上用于安装激光测量头(7)，通过升降调节部件和水平调节部件调节球头固定板(1)在支架(4)上的安装位置，以同步实现激光测量头(7)的X/Y/Z向坐标位置调整；

在调准结束后，升降调节部件上用于安装定位球头(3)，将安装定位球头(3)取代原激光测量头(7)的位置；

用于实现一种定位球头装调方法，包括以下步骤：

步骤1，在球头固定板上安装激光测量头；

步骤2，通过激光跟踪仪测量激光测量头此时位置坐标，与理论设计值比较，调整激光测量头相对于当前支架位点的水平位置以及垂直位置以符合理论设计值；

步骤3，将球头固定板上安装的激光测量头替换为定位球头。

2.根据权利要求1所述的一种定位球头装调工装，其特征在于，所述升降调节部件采用螺纹升降机构。

3.根据权利要求2所述的一种定位球头装调工装，其特征在于，所述升降调节部件(5)采用套筒(51)，所述套筒(51)的外壁与安装孔(2)的内壁螺纹连接；

在调准使用时，在套筒(51)内用于安装测量头放置柱(9)，所述测量头放置柱(9)的一端固定在套筒(51)内、另一端安装激光测量头(7)；在调准结束后，套筒(51)内用于安装定位球头(3)。

4.根据权利要求3所述的一种定位球头装调工装，其特征在于，所述球头固定板(1)上设有凸台(10)，安装孔(2)贯穿凸台(10)；

在球头固定板(1)与支架(4)适配时，所述凸台(10)伸入或贯穿支架(4)上的定位孔(11)；且凸台(10)与定位孔(11)间隙配合。

5.根据权利要求3所述的一种定位球头装调工装，其特征在于，还包括锁紧螺母(52)，所述锁紧螺母(52)用于锁紧套筒(51)和球头固定板(1)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种定位球头装调工装，其特征在于，所述水平调节部件包括至少一根固定杆(61)，所述球头固定板(1)上还设有与固定杆(61)数量匹配的调节孔(62)；

所述固定杆(61)一端贯穿调节孔(62)后与支架(4)连接；固定杆(61)位于调节孔(62)内的杆段与调节孔(62)间隙配合。

7.根据权利要求6所述的一种定位球头装调工装，其特征在于，所述固定杆(61)的一端与支架(4)螺纹连接、另一端设有垫片和螺帽，实现将球头固定板(1)在支架(4)上锁紧固定。

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