CN113790682A - 一种全量程角度误差检测方法、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全量程角度误差检测方法、系统和存储介质，涉及角度测量技术领域，系统包括光学测量装置、补偿靶标装置、标定靶标装置、双轴转台装置和分光镜，方法为：将圆周进行分割，得到n个标定点；使用双轴转台装置将待检组件旋转至第i个标定点位置；使用补偿靶标装置获取第i个标定点的角度漂移量；使用光学测量装置获取第i个标定点的第一测量转角；根据待检组件的反馈数据获取第i个标定点的第二测量转角；依据上述角度测量值，获取第i个标定点的精度值；重复上述步骤获取每个标定点的精度值。本发明实现了高精度全圆周角度误差计量检测，并对光学测量装置进行漂移量补偿，提高了角度误差测量的准确性，且装置结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及角度测量技术领域，更具体的说是涉及一种全量程角度误差检测方法、系统和存储介质。
背景技术
目前，采用光学多面棱体及自准直仪进行角度误差检测，是实现高精度角度计量主要方法，但光学自准直仪检测视场有限，无法实现针对角度测量仪器的0～360°范围全圆周连续检测。
激光光束具备方向性好、亮度高，稳定性好以及相干性好等良好特性。在高精加工及测量中，广泛应用激光束作为测量基准。但在实际应用过程中由于各种无法避免的因素存在，激光束基准本身也在不停的随机波动，如组成激光器的组件由于存在自身的温度场分布不均而导致的不均匀变形，造成谐振腔中的全反射镜与输出镜的相对位置发生变化，从而使从输出镜发出的激光束产生漂移；激光器固定架也会在测量过程中产生不稳定的变化，导致测量光束发生漂移；大气中由于介质的不均匀性和不稳定性而导致的折射率的随机变化，以及大气湍流都会导致测量光束产生不可预测的漂移。以上这些因素导致的测量光束产生的漂移都会耦合进测量信号中，使测量值中存在大量的噪声，测量精度下降。测量光束的漂移是制约激光测量系统提高测量精度的主要障碍之一。
因此如何提供一种能够针对角度测量仪器的全圆周范围角度误差高精度计量检测的方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种全量程角度误差检测方法、系统和存储介质。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种全量程角度误差检测系统，应用于待检组件的角度误差检测，具体包括光学测量装置、补偿靶标装置、标定靶标装置、双轴转台装置和分光镜；
所述光学测量装置与分光镜通过光路连接，所述分光镜分别与补偿靶标装置、双轴转台装置通过光路连接，所述双轴转台装置与标定靶标装置通过光路连接。
进一步的，所述待检组件为角度测量装置，可以为角度编码器、角度传感器，角度分度台等。
可选的，所述光学测量装置为光电自准直仪。
可选的，所述补偿靶标装置包括透镜和四象限光电探测器；光线依次穿过透镜和四象限光电探测器。
可选的，所述双轴转台装置包括多面棱体、外环转轴、内环转轴，其中外环转轴套设于内环转轴外，多面棱体固定在内环转轴一端，所述待检组件固定在内环主轴另一端。
可选的，所述标定靶标装置为固定设置的反射镜。
本发明还提供一种全量程角度误差检测方法，包括以下步骤：
标定点确定步骤、将圆周进行分割，得到n个标定点，其中n为整数，1≤n≤360；
待检组件旋转步骤、使用双轴转台装置将待检组件旋转至第i个标定点位置，其中i为整数，0≤i≤n；
角度漂移量获取步骤、使用补偿靶标装置获取第i个标定点的角度漂移量Δαi；
第一测量转角获取步骤、使用光学测量装置获取第i个标定点的第一测量转角αi；
第二测量转角获取步骤、根据待检组件的反馈数据获取第i个标定点的第二测量转角α`i；
精度值计算步骤、依据公式Δi＝αi-Δαi-α`i获取第i个标定点的精度值。
进一步的，重复执行待检组件旋转步骤至精度值计算步骤，直到计算出所有标定点的精度值。
可选的，上述方法步骤还包括周期性漂移量补偿步骤、对光学测量装置的角度漂移量和平漂移量进行周期性补偿。
另一方面，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的一种全量程角度误差检测方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种全量程角度误差检测方法、系统和存储介质，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明利用双轴转台的内外环正反交替转动，解决了传统方法中光学自准直仪检测视场有限的技术问题，实现了以自准直仪作为角度基准的高精度0～360°范围全圆周连续角度计量检测。
进一步的，本发明利用补偿靶标装置进行标定点漂移量补偿，标定靶标装置进行周期性漂移量补偿，其中标定点补偿和标定点精度值测量同步进行，保障了标定点精度值检测的准确性，进一步使用周期性漂移量补偿，解决了光学测量装置长时间使用导致的误差问题，保证光学测量装置(光电自准直仪)作为角度基准的稳定性。本发明能够提高角度误差测量的准确性，精确检测角度测量设备的角度测量精确度，并且系统装置结构简单，易操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的实施例双轴转台旋转示意图；
图3为本发明的方法步骤示意图；
图4为本发明一种实施例方法步骤示意图；
其中，1工业计算机，2光电传感器，3分光镜，4物镜，5分划板，6光学透镜，7光源，8分光镜，9透镜，10四象限探测器，11外环转轴，12内环转轴，13待检组件，14多面棱体，15反射镜。
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。
本发明实施例提供一种全量程角度误差检测系统，参见图1，主要包括光学测量装置、补偿靶标装置、标定靶标装置和双轴转台装置，还包括分光镜8；所述光学测量装置通过分光镜8分别与补偿靶标装置、双轴转台装置通过光路连接，所述双轴转台装置与标定靶标装置通过光路连接；光线从光学测量装置发出，通过分光镜分别传输至补偿靶标装置和双轴转台装置。
优选的，所述光学测量装置为光电自准直仪，其中光电自准直仪包括光电传感器2，分光镜3，物镜4，分划板5，光学透镜6，光源7；所述补偿靶标装置包括透镜9和四象限光电探测器10；光线首先通过透镜9，进一步传输至四象限光电探测器10；所述双轴转台装置包括多面棱体14、外环转轴11、内环转轴12，外环转轴11套设于内环转轴12外，多面棱体14固定在内环转轴12一端，所述待检组件13固定在内环主轴12另一端；所述标定靶标装置为固定设置的反射镜15。
其中补偿靶标装置用于在进行标定点精度值测量时进行标定点漂移量补偿，四面棱体和固定靶标装置则是用于对光学测量装置进行周期性漂移量补偿。
工作时利用透镜9使得被四象限探测器10检测到的偏移量仅为角度漂移量，反馈到计算机1对光电自准直仪检测角度量进行补偿。但是工作一段时间或需要对比检测(要求恢复初始状态)时，由于重力原理，光学测量装置的光电自准直仪测量角度会产生较大漂移，漂移量包括角度漂移量和平漂移量，因此还需要每隔一段时间进行整体漂移量的测量与补偿，具体的，使四面棱体14转动90°，光线直接通过孔BD(参见图2)，投射到固定反射镜15。因为固定反射镜15与双轴转台固定始终不动，此时光电自准直仪与反射镜15检测角度量为总漂移。则在标定点精度值检测中，实际角度量＝自准直仪的检测角度量-总漂移量，实现系统总补偿。
本发明实施例公开了一种全量程角度误差检测方法，参见图3，包括以下步骤：
步骤一、将圆周进行分割，得到n个标定点，其中n为整数，1≤n≤360。
步骤二、使用双轴转台装置将待检组件旋转至第i个标定点位置，其中i为整数，0≤i≤n。
步骤三、使用补偿靶标装置获取第i个标定点的角度漂移量Δαi。
步骤四、使用光学测量装置获取第i个标定点的第一测量转角αi。
步骤五、根据待检组件的反馈数据获取第i个标定点的第二测量转角α`i。待检组件角度测量装置，例如角度编码器、角度传感器，角度分度台等，主要目的是实现对标，α`i可直接采集。
步骤六、依据公式Δi＝αi-Δαi-α`i获取第i个标定点的精度值。在该步骤中，标定点漂移量的补偿和标定点精度值的测量是同步进行的。
进一步的，重复执行步骤二至步骤六，直到计算出所有标定点的精度值。
在另一种实施例中，参见图4，上述方法步骤还包括步骤七、对光学测量装置的角度漂移量和平漂移量进行周期性补偿。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的一种全量程角度误差检测方法的步骤。
具体的，使用下述实施例对本发明的系统装置以及方法进行解释说明：
1>启动本发明的系统装置，调整光学自准直仪、光学多面棱体14及反射镜15位置，并将系统复位；其中多面棱体14为具有贯通孔的四面棱体。
2>双轴转台装置的外环转轴11锁定，待检组件随内环转轴12转动角度β至第i个标定点，所述角度处于自准直仪量程范围内；利用光学测量装置的自准直仪与多面棱体14的面A测量转角αi，使用补偿靶标装置的四象限光电探测器10，依据四个象限上光斑的位置，实时反馈自准直角度漂移量Δαi，并与待检组件13测量值α`i进行差值计算，记录标定点i位置的精度值Δi＝αi-Δαi-α`i。在自准直仪标定时经过分光镜8，一部分传输至四象限探测器10，由于凸透镜9可以将平行光滤除，剩下的是角度漂移量，一部分光传输至四面棱体14，并反射回自准直仪。这一过程存在角度漂移，在计算时将四象限探测器10检测的漂移量减去，即是无漂移精度值。
3>双轴转台装置的外环转轴11解锁，内环转轴12锁定，待检组件13及内环转轴12随外环转轴11转动复位角度-αi(内、外环转轴之间未发生相对运动，多面棱体14回到初始零位)；
4>双轴转台装置的内环转轴12解锁，外环转轴11锁定，进一步测量所有标定点的精度值，待检组件13与光学测量装置顺序地进行全圆周角度误差精度值计算。
5>在工程中工作一段时间后，由于重力原理，会产生很大漂移，漂移量包括角度漂移量和平漂移量，因此在具体实施例中，每经过一段时间就需要进行一次总漂移量补偿，具体的时间段可以选取为十分钟。具体的方法为，如图2所示，经过特定时间段或n个测量周期或补偿靶标装置反馈漂移量超过预定阈值时，内、外环转轴停止工作，双轴转台装置的外环转轴解锁，内环转轴12锁定，待检组件13及内环转轴12随外环转轴11转动标定角度90°，使光学测量装置自准直出射光线穿过光学棱体面BD光学贯通孔，由标定靶标装置的反射镜15(位置固定)反射回光学测量装置，采用光学测量装置自准直仪与标定靶标装置反射镜15测量标定转角
为总漂移量，并利用补偿靶标装置四象限光电探测器10反馈的自准直角度漂移量
进行差值计算，即j标定时刻自准直平漂移量
则自准直仪的实际角度量＝自准直仪的检测角度量-总漂移量
即可实现对第j时刻的自准直角度漂移量
和平漂移量
补偿，完成基准自准直漂移量组合靶标漂移量闭环反馈的误差补偿。
6>误差补偿后，待检组件13及内环转轴12随外环转轴11转动标定角度-90°，光学角位移误差测量系统复位后(如图2)，继续完成待检组件13全量程、高精度及高稳定性角位移误差测量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种全量程角度误差检测系统，应用于待检组件的角度误差检测，其特征在于，包括光学测量装置、补偿靶标装置、标定靶标装置、双轴转台装置和分光镜；
所述光学测量装置与分光镜通过光路连接，所述分光镜分别与补偿靶标装置、双轴转台装置通过光路连接，所述双轴转台装置与标定靶标装置通过光路连接。
2.根据权利要求1所述的一种全量程角度误差检测系统，其特征在于，所述待检组件为角度测量装置。
3.根据权利要求1所述的一种全量程角度误差检测系统，其特征在于，所述光学测量装置为光电自准直仪。
4.根据权利要求1所述的一种全量程角度误差检测系统，其特征在于，所述补偿靶标装置包括透镜和四象限光电探测器；光线依次穿过透镜和四象限光电探测器。
5.根据权利要求1所述的一种全量程角度误差检测系统，其特征在于，所述双轴转台装置包括多面棱体、外环转轴、内环转轴，其中外环转轴套设于内环转轴外，多面棱体固定在内环转轴一端，所述待检组件固定在内环主轴另一端。
6.根据权利要求1所述的一种全量程角度误差检测系统，其特征在于，所述标定靶标装置为固定设置的反射镜。
7.一种全量程角度误差检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
标定点确定步骤、将圆周进行分割，得到n个标定点，其中n为整数，1≤n≤360；
待检组件旋转步骤、使用双轴转台装置将待检组件旋转至第i个标定点位置，其中i为整数，0≤i≤n；
角度漂移量获取步骤、使用补偿靶标装置获取第i个标定点的角度漂移量Δαi；
第一测量转角获取步骤、使用光学测量装置获取第i个标定点的第一测量转角αi；
第二测量转角获取步骤、根据待检组件的反馈数据获取第i个标定点的第二测量转角α`i；
精度值计算步骤、依据公式Δi＝αi-Δαi-α`i获取第i个标定点的精度值。
8.根据权利要求7所述的一种全量程角度误差检测方法，其特征在于，重复执行待检组件旋转步骤至精度值计算步骤，直到计算出所有标定点的精度值。
9.根据权利要求7所述的一种全量程角度误差检测方法，其特征在于，还包括周期性漂移量补偿步骤、对光学测量装置的角度漂移量和平漂移量进行周期性补偿。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7-9中任意一项所述的一种全量程角度误差检测方法的步骤。
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| CN202111087277.9A CN113790682A (zh) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | 一种全量程角度误差检测方法、系统和存储介质 |
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| CN (1) | CN113790682A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114413767A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-04-29 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种激光透射精密旋转定位调节装置 |
| CN114719752A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-08 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法 |
| CN117419649A (zh) * | 2023-10-28 | 2024-01-19 | 安徽新太合金有限公司 | 一种铝锭厚度非接触式在线测量方法 |
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- 2021-09-16 CN CN202111087277.9A patent/CN113790682A/zh not_active Withdrawn
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| CN114719752B (zh) * | 2022-04-11 | 2023-07-21 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20211214 |
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