CN116734776A - 一种基于自准直仪测量的三点支承转台的调平方法 - Google Patents
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Abstract
精密回转工作台是测量回转型零件形貌轮廓及制造精度的重要仪器设备，然而工作面相对于转轴的倾斜等对工件轮廓或工作角度的测量结果带来不可忽视的测量误差；为此，需要对回转平台进行调平，使平台的面法线与回转轴相互平行；转台调平后可以消除自准直仪在配合转台进行角度测量时由平台倾斜导致的角度测量误差。该调平方法具有数学原理简单，调平精度高，可操作性高等优点，可为转台自动调平提供一种可行的途径。所提方法通过自准直仪测量来实现三点支承转台的调平。调平前，先通过自准直仪测量计算出回转平台的倾斜状态，根据倾斜状态进一步计算出支承脚的调整量，最后根据调整量及自准直仪的测量完成调平作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于自准直仪测量的三点支承转台的调平方法。
技术背景
精密回转工作台是测量回转型零件形貌轮廓及制造精度的重要仪器设备，然而工作面相对于转轴的倾斜等对工件轮廓或工作角度的测量结果带来不可忽视的测量误差；为此，需要对回转平台进行调平，使平台的面法线与回转轴相互平行，转台调平后可以消除自准直仪在配合转台进行角度测量时由平台倾斜导致的角度测量误差。该调平方法具有数学原理简单，调平精度高，可操作性高等优点，可为转台自动调平提供一种可行的途径。
发明内容
本发明提供一种基于自准直仪测量的三点支承转台的调平方法，该方法的基本思路为：通过自准直仪测量先得到回转平台倾斜状态再调整支承点高度以实现调平；
该调平方法具有数学原理简单，调平精度高等优点，可为转台自动调平提供一种可行的途径。
使用本发明的前提条件有：
a、转台的支承平台具有3个支承点，例如使用3V运动学连接的支承平台；
b、为了测出平台倾斜的状态，需要在垂直于转台转轴的方向上布置一个自准直仪，且自准直仪能测量两个方向的角度；
c、需要一个具有3个及以上工作面数量的光学棱体，即满足棱体面数n≥3。
为了实现三点支承转台的调平，具体的操作步骤如下：
步骤一：将一块光学棱体放置于以三点支承的转台的中心区域，光学棱体共有n个面，n≥3；调整棱体与转台的相对角度，使得棱体任意一个工作面的面法线与任意一个转台支承点和转台圆心的连线相互平行，将此棱体工作面、转台支承点记为A面、P1支承点，确定该位置为测量零位；
步骤二：转动转台，使A面对准自准直仪，也就是使自准直仪对准A面测得的X轴角度值在角秒级的角度范围内，此时测量自准直仪的Y轴角度θ1；
步骤三：按顺时针方向转动转台，按照步骤二所述，分别测量光学棱体的B面、C面…X面的Y轴角度θn，X面为第n面；
步骤四：转动转台，再次令A面对准自准直仪，然后保持转台不动，转动棱体将B面对准自准直仪，此时测量自准直仪Y轴角度θn+1；
步骤五：转动转台，使C面对准自准直仪，此时测量自准直仪Y轴角度θn+2；
步骤六：联立方程组求解平台倾斜角θp和倾斜方向θ0，
其中，平台倾斜角θp是指平台法线与转轴的夹角，倾斜方向θ0是指平台最高点与最低点的连线和A面在测量零位处的内法线两者在转轴垂直面上投影的夹角，是指棱体A面相对于棱体底面的垂直度误差，以此类推，βab表示A面与B面面法线夹角，也就是两工作面所对应的圆心角，以此类推；
步骤七：根据步骤六中的倾斜方向θ0的值，分以下3种情况对三点支承平台的支承柱P1、P2、P3进行调整，以实现平台的调平，支承柱P1、P2、P3按顺时针方向排列：
a、若θ0在0°～60°或180°～240°之间，调整A面使其面法线与支承点P1和转台圆心的连线相互平行，转动转台使A面对准自准直仪，调整支承柱P1的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加θpcosθ0-0.57735θpsinθ0；调整A面使其面法线与支承点P3和转台圆心的连线相互平行，转动转台使A面对准自准直仪，调整支承柱P3的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-1.15470θpsinθ0；
b、若θ0在60°～120°或240°～300°之间，按照a所述调整A面并进行自准直仪的测量，首先调整支承柱P2的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-θpcosθ0+0.57735θpsinθ0，再调整支承柱P3的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-0.57735θpsinθ0-θpcosθ0；
c、若θ0在120°～180°或300°～360°之间，按照a所述调整A面并进行自准直仪的测量，首先调整支承柱P1的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加θpcosθ0+0.57735θpsinθ0，再调整支承柱P2的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加1.15470θpsinθ0。
附图说明
图1为适用本发明的支承平台与其所在主轴的结构。
图2为适用本发明的3V运动学连接的支承平台结构。
图3、图4说明本发明所基于的平台倾斜的矢量表示法。
图5为调平的数学原理。
图6为实施方案的调平步骤二、四对应的操作示意图。
图7为调整支承脚时的操作示意图。
具体实施方案
为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚，下面结合附图给出棱体面数n＝4时的分析实例。
三点支承转台的基本配置如图1所示，其包括主轴1、支承柱2、支承平台4，轴承部件图中未画出；三个支承柱2撑起平台4，平台面法线3与转台转轴5的夹角记为平台倾斜角θp；
支承平台4与主轴1的连接方式为3V运动学连接，其结构如图2所示，支承平台4的下表面有三道两两相隔120°的V型槽6；主轴1上的支承柱2与V型槽6相互接触并充分啮合时总共有六个接触点；支承柱2的高度可以通过转动旋钮7进行调节。
图3所示为转台坐标系，其中实线圆表示倾斜平台平面，P1、P2、P3为支承点，按顺时针排列在转台的一周上；坐标系z轴与转台的转轴4重合，y轴包含其中一个支承点P1；
图4中的矢量a1、a2、a3对应表示图3中平台的倾斜状态。
图5所示为转台调平的数学原理：若调高支承柱P1的高度，则平台产生与矢量i同向的倾斜矢量；若调高支承柱P2，则平台产生与j同向的倾斜矢量，以此类推；
通过调节三个支承柱之中的其中两个，即最高支承柱与最低支承柱，就可以产生任意的倾斜矢量改变量，使其与支承平台原有的倾斜矢量大小相等、方向相反，即可实现回转平台的调平。
具体的，以下给出棱体面数n＝4，且βab＝85°，βac＝170°，βad＝265°时的三点支承转台调平操作实例：
步骤一：将一块光学棱体8放置于三点支承转台4的中心区域，光学棱体8共有四个面；调整棱体8与转台4的相对角度，使得棱体任意一个工作面的面法线与任意一个转台支承点和转台4圆心的连线相互平行，将此棱体工作面、转台支承点分别记为A面、P1支承点，确定该位置为测量零位；
步骤二：按照图6左图所示的目标位置转动转台4，使A面对准自准直仪9，也就是使自准直仪9对准A面测得的X轴角度值在角秒级的角度范围内，此时测量自准直仪9的Y轴角度θ1；
步骤三：按顺时针方向转动转台4，按照步骤二所述，分别测量光学棱体8的B面、C面、D面对准自准直仪的Y轴角度θ2、θ3、θ4；
步骤四：转动转台4，再次令A面对准自准直仪9，然后保持转台4不动，转动棱体8将B面对准自准直仪9，此时的位置如图6右图所示，并测量Y轴角度θ5；
步骤五：转动转台4，使C面对准自准直仪9，测量Y轴角度θ6；
步骤六：联立方程组求解平台倾斜角θp和倾斜方向θ0，
步骤七：根据步骤六中的倾斜方向θ0的值，分以下3种情况对三点支承平台的支承柱P1、P2、P3进行调整，以实现平台的调平：
a、若θ0在0°～60°或180°～240°之间，调整A面使其面法线与支承点P1和转台圆心的连线相互平行，转动转台使A面对准自准直仪，对准后仪器装置的位置关系如图7左图所示，接着调整支承柱P1的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加θpcosθ0-0.57735θpsinθ0；然后调整A面使其面法线与支承点P3和转台圆心的连线相互平行，转动转台使A面对准自准直仪，对准后仪器装置的位置关系如图7右图所示，调整支承柱P3的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-1.15470θpsinθ0；
b、若θ0在60°～120°或240°～300°之间，按照a所述调整A面并进行自准直仪的测量，首先调整支承柱P2的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-θpcosθ0+0.57735θpsinθ0，再调整支承柱P3的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-0.57735θpsinθ0-θpcosθ0；
c、若θ0在120°～180°或300°～360°之间，按照a所述调整A面并进行自准直仪的测量，首先调整支承柱P1的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加θpcosθ0+0.57735θpsinθ0，再调整支承柱P2的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加1.15470θpsinθ0；
以平台倾斜状态为(θp,θ0)＝(100″,0°)为例来进一步说明步骤七：由于倾斜方向为0°，属于情况a，首先将棱体A面法线平行于P1点与圆心的连线放置，再转动转台使A面对准自准直仪，设未调平时的自准直仪Y轴角度值为θy，则调整P1点的高度，使得自准直仪Y轴角度变为θy+θpcosθ0-0.57735θpsinθ0＝θy+100″即可实现调平。
Claims (1)
1.一种基于自准直仪测量的三点支承转台的调平方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将一块光学棱体放置于以三点支承的转台的中心区域，光学棱体共有n个面，n≥3；调整棱体与转台的相对角度，使得棱体任意一个工作面的面法线与任意一个转台支承点和转台圆心的连线相互平行，将此棱体工作面、转台支承点记为A面、P1支承点，确定该位置为测量零位；
步骤二：转动转台，使A面对准自准直仪，也就是使自准直仪对准A面测得的X轴角度值在角秒级的角度范围内，此时测量自准直仪的Y轴角度θ1；
步骤三：按顺时针方向转动转台，按照步骤二所述，分别测量光学棱体的B面、C面…X面的Y轴角度θn，X面为第n面；
步骤四：转动转台，再次令A面对准自准直仪，然后保持转台不动，转动棱体将B面对准自准直仪，此时测量自准直仪Y轴角度θn+1；
步骤五：转动转台，使C面对准自准直仪，此时测量自准直仪Y轴角度θn+2；
步骤六：联立方程组求解平台倾斜角θp和倾斜方向θ0，
其中，平台倾斜角θp是指平台法线与转轴的夹角，倾斜方向θ0是指平台最高点与最低点的连线和A面在测量零位处的内法线两者在转轴垂直面上投影的夹角，是指棱体A面相对于棱体底面的垂直度误差，以此类推，βab表示A面与B面面法线夹角，也就是两工作面所对应的圆心角，以此类推；
步骤七：根据步骤六中的倾斜方向θ0的值，分以下3种情况对三点支承平台的支承柱P1、P2、P3进行调整，以实现平台的调平，支承柱P1、P2、P3按顺时针方向排列：
a、若θ0在0°～60°或180°～240°之间，调整A面使其面法线与支承点P1和转台圆心的连线相互平行，转动转台使A面对准自准直仪，调整支承柱P1的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加θpcosθ0-0.57735θpsinθ0；调整A面使其面法线与支承点P3和转台圆心的连线相互平行，转动转台使A面对准自准直仪，调整支承柱P3的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-1.15470θpsinθ0；
b、若θ0在60°～120°或240°～300°之间，按照a所述调整A面并进行自准直仪的测量，首先调整支承柱P2的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-θpcosθ0+0.57735θpsinθ0，再调整支承柱P3的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加-0.57735θpsinθ0-θpcosθ0；
c、若θ0在120°～180°或300°～360°之间，按照a所述调整A面并进行自准直仪的测量，首先调整支承柱P1的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加θpcosθ0+0.57735θpsinθ0，再调整支承柱P2的高度，使得自准直仪Y轴角度测量值增加1.15470θpsinθ0。
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|---|---|---|---|---|
| CN116953672A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法 |
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2022
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116953672A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法 |
| CN116953672B (zh) * | 2023-09-20 | 2024-01-09 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种激光雷达二维精密转台的角度差分标定方法 |
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