CN112296754A - 一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置及方法，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置包括基座及活动安装在所述基座上的旋转台，且所述旋转台与安装在所述基座上的螺杆微调机构连接，所述旋转台上安装有用于双反射镜固定的反射镜座；所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置还包括转角定位杆，所述转角定位杆对固定在所述旋转台上的转动拨杆进行定位，本发明提供的方法，利用双光束激光多普勒检测系统的特性，使该系统获得更大的功能扩展，使该系统在具备机床直线轴定位精度测量的同时，又获得了机床旋转轴定位精度测量功能，从而具备多轴机床的所有精度检测需求，简化以往需要多系统才能完成的工作，降低了测量成本。

Description

一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及检测装置及检测方法，具体是一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置及方法。

背景技术

随着技术的发展及对柔性加工、小批量复杂工件加工的需求越来多，多轴机床特别是五轴数控机床越来越普及。五轴机床由于相对三轴机床增加了两个旋转轴，使其具有许多普通三轴机床无法比拟的优点，例如其具有刀具姿态灵活性，使在加工中可以避免被工件多次装夹，减少工件装夹误差，同时加工刀具可以从最优角度进行加工，减少切削力，提高刀具寿命，从而极大地提高了加工效率和刀具寿命，再有五轴联动加工中心可以完成其它机床无法加工的产品，例如叶轮、叶片、大型转子、涡轮等。为使五轴机床在具备以上加工优点的同时，保证加工精度，那么保证其旋转轴的旋转角精度尤为重要，因此对于多轴机床特别是五轴机床旋转轴定位精度的检测、补偿，是机床在制造、使用过程中精度保证的关键。此外，一些精密仪器设备常常配有分度功能旋转台或具有转角功能的检测部件，那么定期检测或校对这些精密仪器设备的旋转台或检测部件的旋转角精度误差，是管理和维护仪器设备以满足工作需求的必要手段。

目前，国内外针对机床旋转轴定位精度检测，已发展了多种方法，其中激光干涉仪测量法是目前使用最广泛的，激光干涉仪测量旋转轴需要使用一种非常昂贵的主旋转校验器，其测量原理就是将待测旋转轴的不准确度(精度)与主旋转校验器已知的不准确度(精度)作比较。此外还有激光跟踪仪测量法、基于机器视觉检测法等，各类方法均各有优缺点，其中激光跟踪仪设备测量误差大，难以实现高精度检测；机器视觉检测法操作复杂，检测过程繁琐，辨识过程计算复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置包括基座及活动安装在所述基座上的旋转台，且所述旋转台与安装在所述基座上的螺杆微调机构连接，所述旋转台上安装有用于双反射镜固定的反射镜座；

所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置还包括转角定位杆，所述转角定位杆对固定在所述旋转台上的转动拨杆进行定位。

作为本发明进一步的方案：所述转角定位杆及所述基座远离所述旋转台的一端均固定有磁座。

作为本发明再进一步的方案：所述螺杆微调机构设置有两个，且分别安装在所述基座的两个垂直面上。

一种基于激光检测系统的旋转角精度检测方法，采用所述的基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，包括以下步骤：

S1、将基座及与基座连接的整体通过磁座固定在待测旋转轴的中心位置处，随后将双反射镜固定在反射镜座上且使双反射镜的中心与旋转台的圆心同心，通过螺纹微调机构调节旋转台的相对位置，使得旋转台与待测旋转轴的中心位置同心；

S2、将转角定位杆通过磁座固定在待测旋转轴上且位于基座的侧端，转动拨杆转动到转角定位杆处，以确定起始测量位置；

S3、固定双光束激光器，使得双光束激光器发出的两束平行激光源与所述双反射镜接触，双光束激光多普勒检测系统获取两个激光源的位移数据，以计算出激光源与双反射镜之间的夹角角度θ；

S4、以360°旋转待测旋转轴，以10°为一增量，分段检测待测旋转轴的旋转角精度。

作为本发明再进一步的方案：所述激光源与双反射镜之间的夹角角度θ计算公式为：

Sinθ＝Δ/d

或

θ＝arcsin(Δ/d)；

其中：Δ为两束平行激光源到双反射镜的位移差量，d为双反射镜的间距。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S4的具体操作方法如下：

S41、待测旋转轴处于0°角位置，此时使得转角定位杆与转动拨杆抵接，进行起始测量位置定位，使得双光束激光器发出的两束平行激光源与所述双反射镜垂直，此时双反射镜的位移差量Δ值设为；

S42、待测旋转轴转动一个增量°，双反射镜跟随转动，双光束激光器不发生位置改变，此时两束平行激光源到双反射镜的距离产生位移差，双光束激光多普勒检测系统获取位移差量Δ，以计算出激光源与双反射镜之间的夹角角度θ，并将夹角角度θ与10°比较，得到待测旋转轴在一个增量10°下的定位精度；

S43、待测旋转轴转动一个增量10°的检测结束后，相反方向旋转旋转台，使旋转台上的转动拨杆再次与转角定位杆重新抵接定位，双反射镜与两束平行激光源再次处于垂直位置，此时双反射镜的位移差量Δ值再设为，而待测旋转轴仍处于第一增量10°位置；

S44、重复步骤S42和S43，待段增量检测结束后，获得待测旋转轴正方向360°的定位精度；

S45、反向重复步骤S41、S42、S43，待段增量检测结束后，获得待测旋转轴反方向360°的定位精度，通过统计待测旋转轴正、反方向的角度增量位置误差得到该转轴的重复定位精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计新颖，该检测装置结构简单，成本低，对多轴机床的旋转轴定位精度或仪器设备旋转角精度进行检测，为旋转轴定位精度检测提供一种易获得且精度更高的可行检测装置，本发明提供的方法，利用双光束激光多普勒检测系统的特性，使该系统获得更大的功能扩展，使该系统在具备机床直线轴定位精度测量的同时，又获得了机床旋转轴定位精度测量功能，从而使一套系统即具备多轴机床的所有精度检测需求，简化以往需要多系统才能完成的工作，降低了测量成本。

附图说明

图1为基于激光检测系统的旋转角精度检测装置的正视图。

图2为基于激光检测系统的旋转角精度检测装置的俯视图。

图3为基于激光检测系统的旋转角精度检测装置的右视图。

图4为基于激光检测系统的旋转角精度检测方法的原理图。

图5为基于激光检测系统的旋转角精度检测装置在检测仪器设备的转角测头应用示意图。

图6为基于激光检测系统的旋转角精度检测装置在检测五轴机床B轴的应用示意图。

图7为基于激光检测系统的旋转角精度检测装置在检测五轴机床C轴的应用示意图。

图8为基于激光检测系统的旋转角精度检测方法一种实施例在待测旋转轴0°时的检测示意图。

图9为基于激光检测系统的旋转角精度检测方法一种实施例在待测旋转轴10°增量时的检测示意图。

图10为基于激光检测系统的旋转角精度检测方法一种实施例中旋转转台复位至起始位置的检测示意图。

图11为基于激光检测系统的旋转角精度检测方法一种实施例中待测旋转轴分段增量检测示意图。

图中：1-基座、2-旋转台、3-反射镜座、4-螺杆微调机构、5-转动拨杆、6-转角定位杆、7-磁座、8-双反射镜、9-激光源、10-转角测头、11-双光束激光器、12-五轴机床B轴、13-五轴机床C轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置包括基座1及活动安装在所述基座1上的旋转台2，且所述旋转台2与安装在所述基座1上的螺杆微调机构4连接，所述旋转台2上安装有用于双反射镜8固定的反射镜座3；

所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置还包括转角定位杆6，所述转角定位杆6对固定在所述旋转台2上的转动拨杆5进行定位。

在本发明实施例中，该检测装置结构简单，成本低，对多轴机床的旋转轴定位精度或仪器设备旋转角精度进行检测，为旋转轴定位精度检测提供一种易获得且精度更高的可行检测装置，实用性强。

在本发明实施例中，需要说明的是，通过设置的螺杆微调机构4可实现旋转台2的纵向及横向位置调节，进而实现，双反射镜8的位置调节，使得双反射镜8可与待测旋转轴的圆心同心，其中，需要说明的是，所述双反射镜8即具有两个反射镜，两个反射镜固定在同一个承接板上。

作为本发明的又一实施例，所述转角定位杆6及所述基座1远离所述旋转台2的一端均固定有磁座7。

在本发明实施例中，通过设置的磁座7方便转角定位杆6及基座1的固定，安装方便，且稳定性高。

作为本发明的又一实施例，所述螺杆微调机构4设置有两个，且分别安装在所述基座1的两个垂直面上。

在本发明实施例中，通过设置的螺杆微调机构4可实现旋转台2的纵向及横向位置调节。

作为本发明的又一实施例，请参阅图4和图8，还提出了一种基于激光检测系统的旋转角精度检测方法，采用所述的基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，包括以下步骤：

S1、将基座1及与基座1连接的整体通过磁座7固定在待测旋转轴的中心位置处，随后将双反射镜8固定在反射镜座3上且使双反射镜8的中心与旋转台2的圆心同心，通过螺纹微调机构4调节旋转台2的相对位置，使得旋转台2与待测旋转轴的中心位置同心；

S2、将转角定位杆6通过磁座7固定在待测旋转轴上且位于基座1的侧端，转动拨杆5转动到转角定位杆6处，以确定起始测量位置；

S3、固定双光束激光器11，使得双光束激光器11发出的两束平行激光源9与所述双反射镜8接触，双光束激光多普勒检测系统获取两个激光源9的位移数据，以计算出激光源9与双反射镜8之间的夹角角度θ；

S4、以360°旋转待测旋转轴，以10°为一增量，分36段检测待测旋转轴的旋转角精度。

在本发明实施例中，本发明所述的基于激光检测系统的旋转角精度检测方法，可以在检测不确定度很低的条件下，对多轴机床的旋转轴定位精度或仪器设备旋转角精度进行检测，为旋转轴定位精度检测提供一种易获得且精度更高的可行的检测方法；利用双光束激光多普勒检测系统的特性，使该系统获得更大的功能扩展，使该系统在具备机床直线轴定位精度测量的同时，又获得了机床旋转轴定位精度测量功能，从而使一套系统即具备多轴机床的所有精度检测需求，简化以往需要多系统才能完成的工作，降低了测量成本，同时本发明所述的基于激光检测系统的旋转角精度检测方法不仅可以应于各类结构的多轴机床旋转轴定位精度检测，还可应用于仪器设备上的转角精度检测，适用范围广。

在本发明实施例中，请参阅图5，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测方法应用在检测仪器设备的转角测头10时，本发明提供的基于激光检测系统的旋转角精度检测装置放置于仪器设备的转角测头10中心，转角定位杆6和双光束激光多普勒检测系统的双光束激光器11固定在转角测头的外部下方，双光束激光多普勒检测系统的双反射镜8安装在反射镜座3上。

在本发明实施例中，请参阅图6，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测方法应用在检测五轴机床B轴12时，本发明提供的基于激光检测系统的旋转角精度检测装置放置于待测五轴机床B轴12中心，转角定位杆6和双光束激光多普勒检测系统的双光束激光器11固定在待测B轴外部，双光束激光多普勒检测系统的双反射镜8安放于反射镜座3上。

在本发明实施例中，请参阅图7，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测方法应用在检测五轴机床C轴13时，本发明提供的基于激光检测系统的旋转角精度检测装置放置于待测五轴机床C轴13中心，转角定位杆6和双光束激光多普勒检测系统的双光束激光器11固定在待测C轴外部，双光束激光多普勒检测系统的双反射镜8安放于反射镜座3上。

作为本发明的又一实施例，所述激光源9与双反射镜8之间的夹角角度θ计算公式为：

Sinθ＝Δ/d

或

θ＝arcsin(Δ/d)；

其中：Δ为两束平行激光源9到双反射镜8的位移差量，d为双反射镜8的间距，当然，双反射镜8的间距d为定值。

作为本发明的又一实施例，请参阅图8-11，所述步骤S4的具体操作方法如下：

S41、待测旋转轴处于0°角位置，此时使得转角定位杆6与转动拨杆5抵接，进行起始测量位置定位，使得双光束激光器11发出的两束平行激光源9与所述双反射镜8垂直，此时双反射镜8的位移差量Δ值设为0；

S42、待测旋转轴转动一个增量10°，双反射镜8跟随转动，双光束激光器11不发生位置改变，此时两束平行激光源9到双反射镜8的距离产生位移差，双光束激光多普勒检测系统获取位移差量Δ值为4.870mm，已知双反射镜8间距为28mm，通过公式Sinθ＝Δ/d或θ＝arcsin(Δ/d)以计算出激光源9与双反射镜8之间的夹角角度θ值为10.017°，10.017°即为实际增量角度，并将夹角角度θ值10.017°与10°比较，误差为+0.017°，即得到待测旋转轴在该角度增量位置的定位精度；

S43、待测旋转轴转动一个增量10°的检测结束后，相反方向旋转旋转台2，使旋转台2上的转动拨杆5再次与转角定位杆6重新抵接定位，双反射镜8与两束平行激光源9再次处于垂直位置，此时双反射镜8的位移差量Δ值再设为0，而待测旋转轴仍处于第一增量10°位置；

S44、重复步骤S42和S43，待36段增量检测结束后，获得待测旋转轴正方向360°的定位精度；

S45、反向重复步骤S41、S42、S43，待36段增量检测结束后，获得待测旋转轴反方向360°的定位精度，通过统计待测旋转轴正、反方向的角度增量位置误差得到该转轴的重复定位精度。

在本发明实施例中，待测旋转轴的检测结果如下表格：

在本发明实施例中，还需要说明的是，为了要提高检测精度，待测旋转轴可重复3～5次正反检测，具体根据需求进行选择。

需要说明的是，本发明所述的检测方法在此测量中并不会受非旋转测量影响，如侧向或纵向位移，因此本检测方法对于本发明所述的检测装置或待测机床转轴的偏摆、摇摆、平行度与非同轴调校并不敏感，有益于提高检测准确度。

本发明实施例为基于双光束激光多普勒检测系统，其它激光测距系统的使用本发明所述的检测装置和检测方法，也不应限制在本发明权利之外。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，其特征在于，所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置包括基座(1)及活动安装在所述基座(1)上的旋转台(2)，且所述旋转台(2)与安装在所述基座(1)上的螺杆微调机构(4)连接，所述旋转台(2)上安装有用于双反射镜(8)固定的反射镜座(3)；

所述基于激光检测系统的旋转角精度检测装置还包括转角定位杆(6)，所述转角定位杆(6)对固定在所述旋转台(2)上的转动拨杆(5)进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，其特征在于，所述转角定位杆(6)及所述基座(1)远离所述旋转台(2)的一端均固定有磁座(7)。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，其特征在于，所述螺杆微调机构(4)设置有两个，且分别安装在所述基座(1)的两个垂直面上。

4.一种基于激光检测系统的旋转角精度检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任意一项所述的基于激光检测系统的旋转角精度检测装置，包括以下步骤：

S1、将基座(1)及与基座(1)连接的整体通过磁座(7)固定在待测旋转轴的中心位置处，随后将双反射镜(8)固定在反射镜座(3)上且使双反射镜(8)的中心与旋转台(2)的圆心同心，通过螺纹微调机构(4)调节旋转台(2)的相对位置，使得旋转台(2)与待测旋转轴的中心位置同心；

S2、将转角定位杆(6)通过磁座(7)固定在待测旋转轴上且位于基座(1)的侧端，转动拨杆(5)转动到转角定位杆(6)处，以确定起始测量位置；

S3、固定双光束激光器(11)，使得双光束激光器(11)发出的两束平行激光源(9)与所述双反射镜(8)接触，双光束激光多普勒检测系统获取两个激光源(9)的位移数据，以计算出激光源(9)与双反射镜(8)之间的夹角角度θ；

S4、以360°旋转待测旋转轴，以10°为一增量，分36段检测待测旋转轴的旋转角精度。

5.根据权利要求4所述的一种基于激光检测系统的旋转角精度检测方法，其特征在于，所述激光源(9)与双反射镜(8)之间的夹角角度θ计算公式为：

Sinθ＝Δ/d

或

θ＝arcsin(Δ/d)；

其中：Δ为两束平行激光源(9)到双反射镜(8)的位移差量，d为双反射镜(8)的间距。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光检测系统的旋转角精度检测方法，其特征在于，所述步骤S4的具体操作方法如下：

S41、待测旋转轴处于0°角位置，此时使得转角定位杆(6)与转动拨杆(5)抵接，进行起始测量位置定位，使得双光束激光器(11)发出的两束平行激光源(9)与所述双反射镜(8)垂直，此时双反射镜(8)的位移差量Δ值设为0；

S42、待测旋转轴转动一个增量10°，双反射镜(8)跟随转动，双光束激光器(11)不发生位置改变，此时两束平行激光源(9)到双反射镜(8)的距离产生位移差，双光束激光多普勒检测系统获取位移差量Δ，以计算出激光源(9)与双反射镜(8)之间的夹角角度θ，并将夹角角度θ与10°比较，得到待测旋转轴在一个增量10°下的定位精度；

S43、待测旋转轴转动一个增量10°的检测结束后，相反方向旋转旋转台(2)，使旋转台(2)上的转动拨杆(5)再次与转角定位杆(6)重新抵接定位，双反射镜(8)与两束平行激光源(9)再次处于垂直位置，此时双反射镜(8)的位移差量Δ值再设为0，而待测旋转轴仍处于第一增量10°位置；

S44、重复步骤S42和S43，待36段增量检测结束后，获得待测旋转轴正方向360°的定位精度；

S45、反向重复步骤S41、S42、S43，待36段增量检测结束后，获得待测旋转轴反方向360°的定位精度，通过统计待测旋转轴正、反方向的角度增量位置误差得到该转轴的重复定位精度。

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