CN2378716Y - 标准量插入实时误差修正动态测角仪 - Google Patents

Abstract

用于角度精密测量的标准量插入实时误差修正动态测角仪,由底座部件、主轴及其传动部件、光栅付结构部件、工作台及多面棱体结构部件、光学瞄准机械部件和瞄准机构运动支承部件组成的机械结构部分和由瞄准电路、光栅细分电路、电机控制电路、数据采集电路、计算机接口电路和计算机组成的电控部分组合而成。因测角采用标准量插入实时误差修正机构,故结构大为简化,且性能稳定,对环境要求极低,大大提高了测量精度与效率。

Description

标准量插入实时误差修正动态测角仪

本实用新型属于精密机械制造领域中一种精密测量设备，更确切地说属于一种用于测量各种高精度角度块、光学棱体等角度的精密仪器。

常用的角度测量仪器有机械式测角仪、光学式测角仪和电磁式测角仪三种，它们测角的基本原理都是以测角仪中分度盘作为基准，利用瞄准部件对被测物体进行瞄准，并与分度盘比较，获得被测物体的角度。

但对于高精度测角仪，由于测量精度高，很容易受到各种干扰因素的影响(如温度、湿度等的影响)。因此，为了保证测角可靠地工作和保证测角精度，仪器对工作条件的要求很高；另外，当测角仪生产出来以后，精度无法再提高。

为了解决上述问题，通常采用四种方法：其一是提高仪器的加工精度和装配精度；其二是控制测角仪的工作条件，如控制测角仪周围的温度、湿度、光线强度的变化；其三是采用合适的测量方法，如在静态下使用仪器，并采用多次测量求平均值的方法，以减小随机误差的影响；其四是采用静态系统误差修正技术。但采用第一种方法，势必提高仪器的制造成本；采用第二种方法，导致仪器无法在生产现场使用；采用第三种方法，将降低测角仪的使用效率；而采用第四种方法，需要定期对测角仪进行标定，并且要求仪器具有很高的稳定性。

本实用新型的目的是要提供一种低成本、高精度、高效率、能够在生产现场使用的动态测角仪。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的。

本实用新型由底座部件、主轴及其传动部件、光栅付结构部件、工作台和多面棱体结构部件、光学瞄准机械部件和瞄准机构运动支承部件组成的机械结构部分，及由瞄准电路、光栅细分电路、电机控制电路、数据采集板(电路)、计算机接口电路和计算机组合而成的电控部分组成，其特点在于：主轴及其传动部件和瞄准机构运动支承部件安装在底座部件上；主轴及其传动部件的主轴由滑动轴承与底座固定连接；主轴经皮带轮、皮带与固定在底座上的伺服微电机连接；瞄准机构运动支承部件由其架座与底座固定连接；光栅付结构部件的圆光栅盘套装在主轴及其传动部件的主轴的上半部，其读数头由读数头调整支架和下面的底盘固定在底座部件的底座上；工作台和多面棱体结构部件由其中心轴经开口圆锥套和工作台轴向移动锁紧轮安装在主轴及其传动部件的主轴上顶端；光学瞄准机械部件的瞄准分光装置经缩束装置固定在动态自准直仪及工作台和多面棱体结构部件之间。

上述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其底座部件的底座上面有调平水泡，下面有3个尖顶调平螺钉，里面有4根幅条式加强筋。

上述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其主轴及其传动部件，其轴系的滑动轴承是空心圆环状，由外圆上的挡环与底座固定连接；空心的主轴下端由顶针支承，顶针顶在与底座固定连接的微动调节螺钉上，主轴下端外圆上还有一个轴向窜动控制环。

上述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其光栅付结构部件的圆光栅盘下面与主轴轴肩间垫有纸垫，上面与压紧板间垫有橡皮垫；支承指示光栅读数头的调整支架与底盘间由6个螺钉连接。

上述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其工作台和多面棱体结构部件的工作台，由其下面的托架和锁紧螺钉锁紧在中心轴的顶端，托架下面还有一个刻度盘；托架上还有3个工作台调平手轮；多面棱体套装在中心轴的上部、工作台托架的下边；多面棱体的下面有3个垂直度调整螺钉和1个移动调节螺钉。

上述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其光学瞄准机械部件的瞄准分光装置，其壳体上部左右两侧各有一个使动态自准直仪的光束穿过的光孔，两光孔间有分光镜；壳体下部右侧也有一光孔，光孔内侧有与上面分光镜相对应的90°反射镜；分光镜和反射镜由固定板和簧片连接，固定板由螺钉固定在壳体里侧；壳体下部左侧有一个三角块，反射镜装在三角块上，三角块上还有圆柱销、调节垂直螺钉、调节水平螺钉。

上述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其瞄准机构运动支承部件的顶端支架上置放动态自准直仪，自准直仪下面有3个可调螺钉；支架下面有微转动轴和轴套，下部与架座螺纹固紧的轴套外还有转动轴套，转动轴套上有转动锁紧螺钉；支架下边还有一个推杆与固定在转动轴套左侧的微转动机构连接。

本实用新型的工作原理可分为三大部分。

参见图1、图2、图3，分别为本实用新型的机械结构图、整体原理结构示意图和机械结构部分的瞄准分光装置示意图。

一、运动和角度传感部分：主要由交流伺服电机21、主轴10和轴套12、光栅盘27和读数头13、工作台2、动态自准直仪42及瞄准脉冲电路和数据采集板(电路)等组成。电机21速度可调，由计算机以计算机接口电路和电机控制电路控制。工件1放在工作台2上，由动态自准直仪42发出的光束经分光装置34分光后的一路光束来瞄准，当对工件1瞄准时，自准直仪42发出瞄准脉冲信号，用此脉冲信号锁存光栅细分电路输出的角度值，并向计算机发出请求，读出该度数值，此读数数值即为工件1的角度值。

二、误差分离与修正部分：主要由动态自准直仪42和多面棱体6组成。动态自准直仪42发出的瞄准光束经分光镜33和反射镜39分成两束，一路瞄准工件1，一路瞄准多面棱体6。以多面棱体6的角度作为标准角度，为动态测角仪在动态测量过程中插入标准量和标准节点，经动态自准直仪42瞄准正多面棱体6后，发出瞄准脉冲信号；同时脉冲信号向计算机发出中断请求，读取该角度信号，经处理并与多面棱体6的标准角度相比较，获得在该标准节点处的动态测量系统误差和随机误差的综合值，再由计算机对离散的误差信号进行建模，实时修正动态测角仪测量角度中的系统误差和随机误差。

三、数据处理部分：主要由瞄准脉冲电路、光栅细分电路、电机控制电路、数据采集板(电路)、计算机接口电路和计算机组合而成的电控部分组成。动态自准直仪发出的瞄准脉冲信号、电机控制信号、光栅脉冲信号均通过计算机接口电路与计算机相连，所有工作程序都由操作员通过计算机键盘，由计算机发出指令，再经过计算机接口电路进行控制，并由计算机通过数据采集板(电路)进行实时采样和实时数据处理，显示测量结果。

本实用新型的优点在于，由于采用了标准量插入实时误差修正机构与方法，使得动态测角仪的机械结构设计大为简化，对仪器的加工精度和装配精度没有过高要求，大幅度地降低了仪器的制造成本。仪器修正后的精度随着误差修正机构中的多面棱体面数与精度的提高也相应地提高。这种修正方法，能够实时地跟踪测角仪时变误差的变化规律，因此不要求整台仪器具有稳定性，也不要求一般测角仪器在测量之前所具有的稳定时间，对工作环境要求极低，可以在生产现场例使用。另外仪器采用了动态测量，大幅度地提高了测量效率。

附图如下：

图1是本实用新型的机械结构部分示意图

图2是本实用新型整体原理结构示意图

图3是本实用新型机械结构部分的瞄准分光装置示意图

实施例：

在图1、图2和图3中：

其中机械结构部分如图1和图3所示：底座部件I、主轴及其传动部件II、光栅付结构部件III、工作台和多面棱体结构部件IV、光学瞄准机械部件V、瞄准机构运动支承部件VI。

一、底座部件I：底座16是整个测角仪各项性能稳定的基础。为了减轻仪器的重量，仪器各部件安装在高强度铝合金制作的底座16上。为了减小温度变化对底座16变形的影响，底座16尽可能设计成对称结构，使得底座16受环境温度变化引起的热变形在各方面尽量均匀。底座16里面有4根幅条式加强筋，用来增强底座16的强度；整个测角仪的调平是通过底座16下面的3个尖头螺钉17来调整的，仪器的底座16上有一个调平水泡22。

二、主轴及其传动部件II：按测角仪在应用中的实际情况和光栅的响应速度要求，以及计算采样速度和实时数据处理时间的限制，轴系运动速度设计成每分钟0.5～4转左右。由于轴系运动速度不高，轴系设计成滑动轴系。轴系是由滑动轴承组成，滑动轴套12固定在底座16上，两端起旋转定位作用；中间设计成空心圆环状，一方面减小与主轴的接触面，另一方面存放润滑油，以减小摩擦和磨损。主轴10底端用顶针18支承，这样使主轴10的轴向窜动减到最小；顶针18下面是主轴10轴向微动调节螺钉19，调节此螺钉19可以使主轴10在轴向作微小移动，由于光栅盘27安装在主轴10上，这样用此螺钉19很容易调节光栅盘27与读数头13指示光栅之间光栅付的间隙，使光栅付安装调整变得较方便。主轴10下面还有一个轴向窜动的调节环20，它是用来限制主轴10轴向微动调节量的，一方面防止主轴10向轴向移动调节过量，另一方面防止仪器在搬运过程中主轴10轴向窜动过量，使光栅盘27与指示光栅13相接触，损坏光栅付。为了使用使主轴10运动平稳，主轴10由三角皮带24和皮带轮23和25传动，采用体积小和运动平稳性较好的交流伺服微电机21驱动，电机21速度可调。

三、光栅付结构部件III：如图1所示，光栅盘27安装在主轴10上，为了保护光栅盘27，防止其与硬度高的金属表面直接接触，以及防止与光栅盘27接触的金属表面平面度不高，使光栅盘27在夹紧时受力不均匀，光栅盘27下面垫上一层厚薄均匀的牛皮纸纸垫26，光栅盘27与压紧板29之间放有一层厚薄均匀的橡皮垫圈28。为了调整光栅盘27与主轴10回转轴线之间的偏心，光栅盘27内孔直径与主轴10之间留有1mm的间隙。在光栅盘27安装时，4个压紧螺钉应对称多次均匀用力，使光栅盘27栅线表面与主轴10回转轴线垂直。为了调整指示光栅13与光栅盘27之间的间隙、指示光栅13与光栅盘27刻线之间的相互位置以及它们之间的平行度，支承指示光栅读数头13的调整支架14设用六个螺钉调节，其中三个螺钉为夹紧螺钉，三个螺钉为调节螺钉，通过联合调整这6个螺钉，可以使读数头13在空间上范围内具有6个自由度。

四、工作台和多面棱体结构部件IV：主轴10中心有一个中心轴30，工作台2与多面棱体6安装在中心轴30上，中心轴30由开口圆锥套31和工作台轴向移动锁紧轮9锁紧，当松开轴向移动锁紧轮9、开口圆锥套31胀开，中心轴30就带动工作台2和多面棱体6上下移动，因此工作台2的高度可以在大范围内调整。开口圆锥套31一方面起到夹紧作用，另一方面起到给中心轴30定心作用。多面棱体6可以在中心轴30上作上下移动，松开多面棱体6轴向移动调节螺钉7，就可以使多面棱体6作轴向移动，以适应分光装置34分出的两束瞄准光束之间的高度差。通过调节3个棱体调整螺钉8，可以调节多面棱体6定位基面与主轴10中心的垂直度。在工作台和多面棱体结构部件IV中，还有工作台调平手轮3、工作台锁紧螺钉32和刻度盘5，工作台2工作面与主轴10中心的垂直度是通过调节3个工作台调平手轮3进行的。工作台2和中心轴30之间还有一个分度值为1度的刻度盘5，松开工作台锁紧螺钉32，工作台2可以绕中心轴30转动，其转动角度要通过刻度盘反映出来。

五、光学瞄准机械部件V：该测角仪的关键部件之一是光学动态自准直仪42瞄准系统，为了实现标准量插入法分离动态测量误差，需要把瞄准光束分成两束，一束瞄准被测工件1，一束瞄准作为标准量的多面棱体6。该分光装置34把自准直仪42发出的一束光平均分成相互平行的两束光。如图3所示，瞄准分光装置34其壳体52上部左右两侧各有一个使动态自准直仪42的光束穿过的光孔53和54，两光孔53和54间有分光镜33。壳体52下部右侧也有一光孔55，光孔55内侧有与上面分光镜33相对应的90度反射镜39。分光镜33与反射镜39由固定板40和簧片35连接。固定板40和簧片35是为了便于分光镜33和反射镜39定位，并且柔性的簧片35便于反射镜39的角度微调。固定板40由螺钉固定在壳体52里侧。壳体52内下部左侧有一个三角块56，装在三角块56上的反射镜39，能绕三角块上的圆柱销38转动。其转动角度可通过调节螺钉36来实现，即通过调节垂直螺钉36可以使反射光线绕Y轴旋转，实现上下两路光束在XOZ平面内的平行度调节；另外调节水平螺钉37可使反射光线绕Z轴转动，实现两路光束在XOZ平面内共面。

六、瞄准机构运动支承部件VI：光学动态瞄准机构部件V放在一个支架44上，为了光学动态瞄准机构部件V在工作中调整方便，该支承部件设计成可调式的，由于光学自准直仪42本身带3个可调螺钉43，用来调整瞄准工件1的光束与主轴10轴线垂直度，所以该运动支承部件设计成可转动的形式，该部件主要有微转动机构46、转动锁紧螺钉51、轴套47、转动轴套50和微转动轴48组成。支架44下面连接着微转动轴48，其外部有轴套47，轴套47下部由螺纹与架座49固紧连接。轴套47上部外边还套有转动轴套50，转动轴套50上有转动锁紧螺钉51，转动锁紧螺钉51与轴套47间还有一小压块，拧紧转动锁紧螺钉51由小压块使转动轴套50与轴套47挤紧。支架44下边左侧有一推杆45，推杆45与固定在转动轴套50左侧上的微转动机构46连接。松开转动锁紧螺钉51，瞄准机构部件V，可以与转动轴套50绕轴套47，并与微转动轴48一起在大角度范围内摆动。当转动锁紧螺钉51拧紧后，转动轴套50与轴套47挤紧，转动轴套50被锁紧不动，这时可以调节微转动机构46的螺钉，带动推杆45，使支架44与微转动轴48带着光学瞄准机械部件V作小角度的转动。

Claims (7)

1.标准量插入实时误差修正动态测角仪，由底座部件、主轴及其传动部件、光栅付结构部件、工作台和多面棱体结构部件、光学瞄准机械部件和瞄准机构运动支承部件组成的机械结构部分；以及由瞄准脉冲电路、光栅细分电路、电机控制电路、数据采集板(电路)、计算机接口电路和计算机组合而成的电控部分组成，其特征在于：主轴及其传动部件(II)和瞄准机构运动支承部件(VI)安装在底座部件(I)上；主轴及其传动部件(II)的主轴(10)由滑动轴承(12)与底座(16)固定连接；主轴(10)经皮带轮(25和23)、皮带(24)与固定在底座(16)上的伺服微电机(21)连接；瞄准机构运动支承部件(VI)由其架座(49)与底座(16)固定连接；光栅付结构部件(III)的圆光栅盘(27)套装在主轴及其传动部件(II)的主轴(10)的上半部，其读数头(13)由读数头调整支架(14)和下面的底盘(15)固定在底座部件(I)的底座(16)上；工作台和多面棱体结构部件(IV)由其中心轴(30)经开口圆锥套(31)和工作台轴向移动锁紧轮(9)安装在主轴及其传动部件(II)的主轴(10)上顶端；光学瞄准机械部件(V)的瞄准分光装置(34)经缩束装置(41)固定在动态自准直仪(42)及工作台和多面棱体结构部件(IV)之间。

2.按权利要求1所述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其特征在于底座部件(I)的底座(16)上面有调平水泡(22)，下面有3个尖顶调平螺钉(17)，里面有4根幅条式加强筋。

3.按权利要求1所述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其特征在于主轴及其传动部件(II)，其轴系的滑动轴承(12)是空心圆环状，由外圆上的挡环与底座(16)固定连接；空心的主轴(10)下端由顶针(18)支承，顶针(18)顶在与底座(16)固定连接的微动调节螺钉(19)上，主轴(10)下端外圆上还有一个轴向窜动控制环(20)。

4.按权利要求1所述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其特征在于光栅付结构部件(III)的圆光栅盘(27)下面与主轴(10)轴肩(11)间垫有纸垫(26)，上面与压紧板(29)间垫有橡皮垫(28)；支承指示光栅读数头(13)的调整支架(14)与底盘(15)间由6个螺钉连接。

5.按权利要求1所述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其特征在于工作台和多面棱体结构部件(IV)的工作台(2)，由其下面的托架(4)和锁紧螺钉(32)锁紧在中心轴(30)的顶端，托架(4)下面还有一个刻度盘(5)；托架(4)上还有3个工作台调平手轮(3)；多面棱体(6)套装在中心轴(30)的上部、工作台托架(4)的下边；多面棱体(6)的下面有3个垂直度调整螺钉(8)和1个移动调节螺钉(7)。

6.按权利要求1所述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其特征在于光学瞄准机械部件(V)的瞄准分光装置(34)，其壳体(52)上部左右两侧各有一个使动态自准直仪(42)的光束穿过的光孔(53和54)，两光孔(53和54)间有分光镜(33)；壳体(52)下部右侧也有一光孔(55)，光孔(55)内侧有与上面分光镜(33)相对应的90°反射镜(39)；分光镜(33)和反射镜(39)由固定板(40)和簧片(35)连接，固定板(40)由螺钉固定在壳体(52)里侧；壳体(52)下部左侧有一个三角块(56)，反射镜(39)装在三角块(56)上，三角块(56)上还有圆柱销(38)、调节垂直螺钉(36)、调节水平螺钉(37)。

7.按权利要求1所述的标准量插入实时误差修正动态测角仪，其特征在于瞄准机构运动支承部件(VI)的顶端支架(44)上置放动态自准直仪(42)，自准直仪(42)下面有3个可调螺钉(43)；支架(44)下面有微转动轴(48)和轴套(47)，下部与架座(49)螺纹固紧的轴套(47)外还有转动轴套(50)，转动轴套(50)上有转动锁紧螺钉(51)；支架(44)下边还有一个推杆(45)与固定在转动轴套(50)左侧的微转动机构(46)连接。

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