CN210400323U - 一种三维移动平台运动角误差快速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种三维移动平台运动角误差快速测量装置，包括三维移动工作台，安装在所述三维移动工作台的XOY面上的标准量块，以及用于测量标准量块参数的线激光传感器；所述线激光传感器安装在三维移动工作台的被测轴的移动平台上；所述标准量块为台阶块，该标准量块包括紧密贴合在一起的两个具有预定长度差的1级标准量块，该两个1级标准量块的具有预定的高度差。本实用新型能利用线激光传感器分别对工作平台X、Y、Z轴的三项运动角误差进测量，实现了单轴三项运动角误差的单次测量和耦合分离，能够完成三轴移动21项误差中9项运动角误差的快速测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及三维移动平台测量技术领域，特别是涉及三维移动平台运动角误差快速测量装置。
背景技术
二十一项误差(三项定位误差、六项直线度误差、九项角摆误差、以及三轴相互之间的三项垂直度误差)是三维移动平台的基本几何误差，为保证三维移动平台满足使用要求，需要完成必要的精度测量，为后续补偿提供依据。
快速准确测量运动角误差是此领域的研究热点和重点，现阶段成熟的设备主要是基于激光干涉原理的激光干涉仪检测系统。该系统将多参数的耦合影响进行了分离，即可以测量单向运动角误差，也可以同时测量多向运动角误差，但测量现场镜组布置搭建和光路调整过程复杂，且容易受到测量系统以外因素的影响，测量效率较低。也有很多科学家研究出了一些新的方法和手段，但是大多成本较高，不能被普及应用于工业现场测量。并且在单项误差检测中，测量结果可能是多种误差的耦合结果，因此在误差检测领域中多误差耦合分离方法的研究也受到广泛的关注。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对线激光三维扫描测量系统中三维移动平台，而提供一种三维移动平台运动角误差快速测量装置，能完成运动角误差快速在线测量，为误差检定和补偿提供有力反馈依据。
为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：
一种三维移动平台运动角误差快速测量装置，包括三维移动工作台，安装在所述三维移动工作台的XOY面上的标准量块，以及用于测量标准量块参数的线激光传感器；所述线激光传感器安装在三维移动工作台的被测轴的移动平台上；所述标准量块为台阶块，该标准量块包括紧密贴合在一起的两个具有预定长度差的1级标准量块，该两个1级标准量块的具有预定的高度差。
其中，所述标准量块安装在所述三维移动工作台的X向移动平台上，所述线激光传感器安装在三维移动工作台的Z向移动平台上。
由于线激光传感器相比于激光位移传感器，能够在单次测量中获得二维数据，大大提高了测量效率。因此，本实用新型使用线激光传感器完成线激光扫描移移动台运动角误差的快速测量，能实现三项运动角误差的单次快速测量，大大提高了测量效率，也避免了由于测量设备安装而引入的误差，为工业现场角误差测量提供了有力的依据。
本实用新型在三维移动平台移动时可以同时测量移动轴的滚转角、偏摆角和俯仰角误差，实现了三项运动角误差的单次快速测量，为工业现场角误差测量和补偿提供了有力的依据。
利用本实用新型装置通过对三维移动平台精度的检定，可以为优化结构设计、补偿测量结果、调整系统控制参数等提供有力的依据。
附图说明
图1是本实用新型的三维移动平台运动角误差快速测量装置的结构示意图；
图2是绕X轴偏摆角测的原理示意图；
图3是绕Z轴滚转角测量原理示意图；
图4是绕Y轴俯仰角测量原理示意图；
图中：1-线激光传感器；2-标准量块；3-计算机；4-移动平台Z轴；5-移动平台X轴；6-移动平台Y轴；7-移动平台控制器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型所要测量的三维移动平台有移动平台X轴4，移动平台Y轴5，移动平台Z轴6，由移动平台控制器7通过各轴的移动电机控制进行三轴方向的移动；激光传感器1安装在三维移动平台上，线激光传感器1与计算机3连接，将测量的数据传送到计算机3中，然后用测得的数据计算当前位置相应于原始测量位置的角度变化，从而实现要测量的三维移动平台的运动角误差的测量。
本实用新型是通过线激光传感器来测量标准台阶的高度差h、长度差l、台阶面倾角θ，将X、Y、Z轴移动过程中的运动角误差通过计算的角度相对变化计算反映出来，实现了俯仰角、偏摆角和滚转角三项误差的同时测量。以下结合图1所示，对本实用新型测量步骤说明，具体测量步骤如下：
S1：将线激光传感器固定在移动平台Z轴上，并尽可能将光平面调整至垂直于移动平台XOY工作平面；
S2：将1级标准量块进行研磨，把两块标准量块紧密贴合形成标准台阶(后文称标准台阶)，将标准台阶固定在工作台XOY面上，台阶具有精确高度差5mm，精确长度差5mm；
S3：打开线激光传感器和计算机，通过调整移动平台Z轴高度控制线激光传感器的移动，使标准台阶在线激光传感器最远检测量程位置；
S4：通过移动平台Z轴调整，将线激光传感器向移动平台Z轴负方向移动，在得到被测标准台阶完整轮廓时停止，并以此位置作为测量原点；
S5：在上述测量原点位置下，得到被测标准台阶的初始位置高度差h0、长度差l0和台阶表面倾角θ0；
S6：如图2所示，以所测量块高度差为直角三角形斜边，量块标准高度差为直角三角形一直角边，计算可得两边夹角α0＝arccos(h0/5)；
S7：如图3所示，以所测量块的长度差为直角三角形斜边，量块标准长度差为直角三角形一直角边，计算可得两边夹角β0＝arccos(l0/5)；
S8：如图4所示，以所测量块表面与线激光传感器X轴方向夹角为倾角θ0；
S9：将移动平台Z轴以0.5mm为间隔，向移动平台Z轴负方向移动，通过线激光传感器得到第i个位置的hi、li、θi的值；
S11：由αi-α0＝△αi得到i位置相对于初始位置角度变化值，对应于移动平台Z轴沿X方向产生的偏摆角；
S12：由βi-β0＝△βi得到i位置相对于初始位置角度变化值，对应于移动平台Z轴沿Z方向产生的滚转角；
S13：由θi-θ0＝△θi得到i位置相对于初始位置角度变化值，对应于移动平台Z轴沿Y方向产生的滚转角；
S14：以△αi，△βi，△θi为纵坐标，移动平台Z轴位置为横坐标作折线图，即为移动平台Z轴的三项运动角度误差；
S15：将移动轴改为移动平台X轴，△αi对应于移动平台X轴沿X方向产生的滚转角，△βi对应于移动平台X轴沿Z方向产生的偏摆角，△θi对应于移动平台X轴沿Y方向产生的俯仰角，重复步骤S5-S14，即得到移动平台X轴的三项运动角度误；
S16：将移动轴改为移动平台Y轴，△αi对应于移动平台Y轴沿X方向产生的俯仰角，△βi对应于移动平台Y轴沿Z方向产生的偏摆角，△θi对应于移动平台Y轴沿Y方向产生的滚装角，重复步骤S5-S14，即得到移动平台Y轴的三项运动角度误差。
本实用新型利用线激光传感器系统分别对工作平台X、Y、Z轴的三项运动角误差进行测量，实现了单轴三项运动角误差的单次测量和耦合分离，能够完成三轴移动21项误差中9项运动角误差的快速测量。且操作简单方便，便于在工程领域中应用。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种三维移动平台运动角误差快速测量装置，其特征在于，包括三维移动工作台，安装在所述三维移动工作台的XOY面上的标准量块，以及用于测量标准量块参数的线激光传感器；所述线激光传感器安装在三维移动工作台的被测轴的移动平台上；所述标准量块为台阶块，该标准量块包括紧密贴合在一起的两个具有预定长度差的1级标准量块，该两个1级标准量块的具有预定的高度差。
2.根据权利要求1所述三维移动平台运动角误差快速测量装置，其特征在于，所述标准量块安装在所述三维移动工作台的X向移动平台上，所述线激光传感器安装在三维移动工作台的Z向移动平台上。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110440721A (zh) * | 2019-08-19 | 2019-11-12 | 天津商业大学 | 一种三维移动平台运动角误差快速测量装置及方法 |
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