CN116734741A - 一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置及方法，属于飞机数字化装配自动钻铆技术技术领域，包括底座、环规、硅片底座、硅片、硅片固定板和磁吸保护盖；所述底座与环规、硅片底座、硅片固定板固定连接，所述硅片固定夹持在硅片底座和硅片固定板之间；所述磁吸保护盖与硅片固定板采用磁吸连接；硅片圆心处设置有中心孔，所述中心孔与环规上的中心通孔在同一轴线上，所述硅片的表面粗糙度小于环规，硅片固定板上开设有可供四通道激光位移传感器的激光线路通过并照射至硅片表面的中心大孔。本发明用环规和硅片将待测孔和待测面分离成两个部分，相比于直接用环规测量，其测量结果更加稳定可靠。

Description

一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置及方法

技术领域

本发明涉及飞机数字化装配自动钻铆技术领域，具体涉及一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置及方法。

背景技术

在飞机壁板法向检测、自动化制孔等领域，法向检测技术具有重要意义和广泛应用。激光位移传感器具有非接触、测量速度快、分辨率高等特点，被广泛应用于法向非接触式测量技术中。法向测量系统通常包括4个激光位移传感器，由此组成四通道激光位移传感器。

在使用四通道激光位移传感器测法矢之前，需要对四通道激光位移传感器进行校准。一般的方法是用四通道激光位移传感器以标准环规的通孔方向为轴向，相对标准环规旋转，多次测量；然后将所测得环规通孔的法矢采用矢量相加，得到基准矢量，完成法矢测量校准。然而，一方面由于对标准环规的通孔垂直度要求高，导致标准环规的加工难度大、成本高；另一方面，由于激光位移传感器测量精度高，环规表面的平整度也会直接影响法矢校准。

基于上述现状，亟待设计一种校准装置，以提高环规法矢测量的精准度。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中环规法矢测量存在的上述问题，提出了一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，同时还提出了一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准方法，用环规和硅片将待测孔和待测面分离成两个部分，相比于直接用环规测量，其测量结果更加稳定可靠。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，包括底座、环规、硅片底座、硅片、硅片固定板和磁吸保护盖；所述底座与环规、硅片底座、硅片固定板固定连接，所述硅片固定夹持在硅片底座和硅片固定板之间；所述磁吸保护盖与硅片固定板采用磁吸连接；硅片圆心处设置有中心孔，所述中心孔与环规上的中心通孔在同一轴线上，所述硅片的表面粗糙度小于环规，硅片固定板上开设有可供四通道激光位移传感器的激光线路通过并照射至硅片表面的中心大孔。

进一步的，所述底座的顶部圆盘上设置有与环规同样大小的凹槽，且在顶部圆盘的外侧面设置有径向螺丝孔，在凹槽底面设置有轴向螺丝孔。

进一步的，所述环规放置在底座凹槽内，且由底座顶部圆盘的径向螺丝固定，凹槽底面的轴向螺丝用于调整环规的姿态。

进一步的，所述硅片底座上设置有与硅片同样大小的凹槽，且设置有与环规中心通孔同轴的通孔、连接底座的螺丝孔以及连接硅片固定板的螺丝孔。

进一步的，硅片的中心孔大于环规上的中心通孔，硅片由硅片固定板与螺丝配合将其固定在硅片底座上。

进一步的，硅片固定板上的中心大孔与环规的中心通孔同轴，以确保激光位移传感器的激光点落在硅片上，其中心大孔的内侧边缘上间隔均匀设置有若干锯齿，锯齿的方向均指向硅片固定板的中心。

进一步的，所述磁吸保护盖用于保护硅片不被划伤，且在其中心留有通孔，磁吸保护盖上的磁铁位置与硅片固定板上的磁铁位置对应。

本发明还提供了一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准方法，采用上述的检测装置进行，包括以下步骤：

步骤1、将环规放入底座凹槽，并用螺丝将环规调平后固定；

步骤2、将硅片底座用螺丝固定到底座上，然后在硅片底座上放置硅片；

步骤3、硅片底座和硅片固定板把硅片夹紧后，用螺丝连接硅片底座和硅片固定板；

步骤4、在硅片固定板上盖上磁吸保护盖，通过磁吸保护盖上的通孔，插入位于四通道激光位移传感器中间的芯棒，直到环规的通孔；

步骤5、撤下磁吸保护盖，四通道激光位移传感器以芯棒插入方向为轴向，相对法矢测量校准装置转动若干次，测得环规通孔的法矢；

步骤6、将若干次测得环规通孔的法矢采用矢量相加法，得到基准矢量，完成四通道激光位移传感器的法矢测量校准。

综上所述，本发明具有以下优点：

（1）本发明将环规通过设计的底座固定，同时，在底座的凹槽内设置了可调节环规姿态的轴向螺丝孔，通过该轴向螺丝孔可以调节环规使其中心通孔与硅片表面垂直。硅片底座与底座同轴固定连接，配合硅片固定板将平整度较好的硅片安装在环规前端，使四通道激光传感器的四个激光点照射在硅片上，从而代替直接照射在这环规上的方案，达到分离“待测孔和待测面”的效果，从而减小环规因表面不平整而造成的测量误差，提高测量准确度。

（2）本发明能够有效地对四通道激光位移传感器的法矢测量进行校准，保证法矢测量精度，相比于直接用环规测量，其测量结果更加稳定可靠；

（3）本发明通过对法矢测量校准装置的结构设计，放置具有不同通孔孔径的环规能够实现四通道激光位移传感器对不同规格孔的法矢测量校准；

（4）本发明中，法矢测量校准装置其磁吸保护盖的设计能够降低硅片被划伤的风险。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明底座及紧固螺丝示意图；

图3为本发明底座及姿态调整螺丝示意图；

图中：

1、底座，2、环规，3、硅片底座,4、硅片,5、硅片固定板,6、磁吸保护盖，7、凹槽，8、径向螺丝孔，9、轴向螺丝孔，10、锯齿，11、螺丝。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的其他步骤或单元。

实施例1

在四通道激光位移传感器测法矢之前的校准工作中需要用到标准环规2，由于现有对标准环规2的通孔垂直度要求高，导致标准环规2的加工难度大、成本高；另一方面，由于激光位移传感器测量精度高，环规2表面的平整度也会直接影响法矢校准。基于此问题，本发明提供了一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，用环规2和硅片4将待测孔和待测面分离成两个部分，相比于直接用环规2测量，其测量结果更加稳定可靠。

如图1所示，校准装置包括底座1、环规2、硅片底座3、硅片4、硅片固定板5和磁吸保护盖6。其中，底座1与环规2、硅片底座3以及硅片固定板5固定连接。硅片4设置在硅片底座3和硅片固定板5之间，由硅片底座3和硅片固定板5夹紧，磁吸保护盖6与硅片固定板5之间采用磁吸连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，底座1的顶部圆盘上设置有与环规2同样大小的凹槽7，用于放置环规2。且在顶部圆盘的外侧环面上设置有6个径向螺丝孔8，该径向螺丝孔8朝底座1中心方向贯穿凹槽7，用于固定环规2。凹槽7底面平行于底座1轴线方向环绕中心均匀间隔布置有6个轴向螺丝孔9，该轴向螺丝孔9用于调整环规2的姿态。需要说明的是，底座1远离顶部圆盘的一端为空腔结构，方便调整轴向螺丝孔9中的螺丝11，从而实现环规2姿态的调整。

本实施例中，硅片底座3为环形圈状结构，其表面开有与硅片4同样大小的凹槽7，硅片4可安装在该凹槽7中。硅片底座3上设置有比环规2直径稍大的通孔、用于连接底座1的螺丝孔和连接硅片固定板5的螺丝孔。优选的，所述硅片底座3的凹槽7底面开设有多个腰孔用于减轻自重。

为了更好地实现本发明，进一步地，硅片4的圆心处开设有中心孔，该中心孔与环规的中心孔在同一轴线上，且该通孔直径大于环规2中心处的通孔，硅片4安装在硅片底座3的凹槽7中，再由硅片固定板5与螺丝11配合固定在硅片底座3上。

本实施例中，如图1所示，硅片固定板5为环形圈状结构，采用大开孔设计，以确保激光位移传感器的激光点落在硅片4上，其中心大孔的内侧边缘上间隔均匀设置有若干锯齿10，锯齿10的方向均指向硅片固定板5的中心。锯齿10作为一个角度参考，可方便四通道激光传感器在后续多次测量时起到角度参考作用，实现角度的均匀转动。同时，向内伸出的锯齿10还可以起到固定硅片4的作用。本实施例中，锯齿的间隔和长度可以根据需要自行设计，每间隔几个锯齿可设一个较长的锯齿，方便测量时每次转动固定的角度。

为了更好地实现本发明，进一步地，本实施例中，磁吸保护盖6采用磁吸方式与硅片固定板5连接，用于保护硅片4不被划伤。在磁吸保护盖6的中心留有通孔，磁吸保护盖6上的磁铁位置与硅片固定板5上的磁铁位置对应。

本装置的工作原理如下：

将环规2通过设计的底座1固定，同时，在底座1的凹槽7内设置了可调节环规2姿态的轴向螺丝孔9，通过该轴向螺丝孔9可以调节环规2使其中心通孔与硅片4表面垂直。硅片底座3与底座1同轴固定连接，配合硅片固定板5将平整度较好的硅片4安装在环规2前端，使四通道激光传感器的四个激光点照射在硅片4上，从而代替直接照射在这环规2上的方案，达到分离“待测孔和待测面”的效果，从而减小环规2因表面不平整而造成的测量误差，提高测量准确度。

实施例2

基于上述一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，本实施例提供了一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准方法，包括如下步骤：

步骤1、将环规2放入底座1上的凹槽7，并用轴向螺丝11将环规2调平后固定；保证环规2的中心通孔垂直于硅片4的待测面；

步骤2、将硅片底座3用径向螺丝11固定到底座1上，然后在硅片底座3上放置硅片4；

步骤3、当硅片底座3和硅片固定板5把硅片4夹紧后，用螺丝11连接硅片底座3和硅片固定板5；

步骤4、在硅片固定板5上盖上磁吸保护盖6，通过磁吸保护盖6上的通孔，插入位于四通道激光位移传感器中间的芯棒，直到环规2的通孔；

步骤5、撤下磁吸保护盖6，四通道激光位移传感器以芯棒插入方向为轴向，相对法矢测量校准装置转动若干次，测得环规2通孔的法矢；例如，根据硅片固定板5上的24个锯齿10转动，测量24次；

步骤6、将若干次测得环规2通孔的法矢采用矢量相加法，得到基准矢量，完成四通道激光位移传感器的法矢测量校准。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，包括底座（1）、环规（2）、硅片底座（3）、硅片（4）、硅片固定板（5）和磁吸保护盖（6）；所述底座（1）与环规（2）、硅片底座（3）、硅片固定板（5）固定连接，所述硅片（4）固定夹持在硅片底座（3）和硅片固定板（5）之间；所述磁吸保护盖（6）与硅片固定板（5）采用磁吸连接；硅片（4）圆心处设置有中心孔，所述中心孔与环规（2）上的中心通孔在同一轴线上，所述硅片（4）的表面粗糙度小于环规（2），硅片固定板（5）上开设有可供四通道激光位移传感器的激光线路通过并照射至硅片（4）表面的中心大孔。

2.根据权利要求1所述的一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，所述底座（1）的顶部圆盘上设置有与环规（2）同样大小的凹槽（7），且在顶部圆盘的外侧面设置有径向螺丝孔（8），在凹槽（7）底面设置有轴向螺丝孔（9）。

3.根据权利要求2所述的一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，所述环规（2）放置在底座（1）凹槽（7）内，且由底座（1）顶部圆盘的径向螺丝（11）固定，凹槽（7）底面的轴向螺丝（11）用于调整环规（2）的姿态。

4.根据权利要求3所述的一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，所述硅片底座（3）上设置有与硅片（4）同样大小的凹槽（7），且设置有与环规（2）中心通孔同轴的通孔、连接底座（1）的螺丝孔以及连接硅片固定板（5）的螺丝孔。

5.根据权利要求4所述的一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，硅片（4）的中心孔大于环规（2）上的中心通孔，硅片（4）由硅片固定板（5）与螺丝（11）配合将其固定在硅片底座（3）上。

6.根据权利要求5所述的一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，硅片固定板（5）上的中心大孔与环规（2）的中心通孔同轴，以确保激光位移传感器的激光点落在硅片（4）上，其中心大孔的内侧边缘上间隔均匀设置有若干锯齿（10），锯齿（10）的方向均指向硅片固定板（5）的中心。

7.根据权利要求6所述的一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准装置，其特征在于，所述磁吸保护盖（6）用于保护硅片（4）不被划伤，且在其中心留有通孔，磁吸保护盖（6）上的磁铁位置与硅片固定板（5）上的磁铁位置对应。

8.一种四通道激光位移传感器的法矢测量校准方法，采用上述权利要求1-7任意一项所述的检测装置进行，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将环规（2）放入底座（1）凹槽（7），并用螺丝（11）将环规（2）调平后固定；

步骤2、将硅片底座（3）用螺丝（11）固定到底座（1）上，然后在硅片底座（3）上放置硅片（4）；

步骤3、硅片底座（3）和硅片固定板（5）把硅片（4）夹紧后，用螺丝（11）连接硅片底座（3）和硅片固定板（5）；

步骤4、在硅片固定板（5）上盖上磁吸保护盖（6），通过磁吸保护盖（6）上的通孔，插入位于四通道激光位移传感器中间的芯棒，直到环规（2）的通孔；

步骤5、撤下磁吸保护盖（6），四通道激光位移传感器以芯棒插入方向为轴向，相对法矢测量校准装置转动若干次，测得环规（2）通孔的法矢；

步骤6、将若干次测得环规（2）通孔的法矢采用矢量相加法，得到基准矢量，完成四通道激光位移传感器的法矢测量校准。