WO2022222521A1

WO2022222521A1 - 一种标定系统与标定系统的测量方法

Info

Publication number: WO2022222521A1
Application number: PCT/CN2021/139707
Authority: WO
Inventors: 张鹏; 肖田
Original assignee: 深圳市中图仪器股份有限公司
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-10-27
Also published as: CN113188494A; CN113188494B

Abstract

一种标定系统及其测量方法，标定系统包括计算单元(1)、光学发射及接收装置(3)、反射镜(2)、转台(4)和导轨(5)，反射镜(2)安装在转台(4)的中心，导轨(5)连接有导轨滑块(6)，光学发射及接收装置(3)安装在导轨滑块(6)上，光学发射及接收装置(3)悬于反射镜(2)的正上方，光学发射及接收装置(3)与计算单元(1)连接。可以准确采集到导轨运动轴(Z)与转台转动轴(θ)的夹角数据。

Description

一种标定系统与标定系统的测量方法

技术领域

本发明涉及精密测量仪器，尤其涉及一种标定系统与标定系统的测量方法。

背景技术

在精密测量仪器中，尤其是柱坐标测量系统的仪器中，往往需要导轨运动轴Z与转台转动轴θ平行，如图1所示，以便组成理想的柱坐标系统，实现精密测量。但实际上，无论如何调整，导轨运动轴与转台转动轴之间一定会存在一个空间夹角a，由于两个轴线都是虚拟的，这个角度一般没有办法精确测量出来，也没有办法进行补偿。

现有传统的做法是，使用标准圆柱调校，通过反复调整，使标准圆柱的中心通过转台轴心，然后以标准圆柱为基准，调整使导轨运动轴线与标准圆柱中心平行，从而达到导轨运动轴与转台转动轴平行的目的。

现有做法存在的问题是：

1)调整完后不能得到明确的夹角数据，也就难以进行高精度补偿。

2)由于不能得到夹具数据，因此需要尽可能的将平行度调整到很理想的水平，需要反复调整，效率低下，也很难达到理想效果；

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种标定系统与方法，可以准确采集到导轨运动轴与转台转动轴的夹角数据。

本发明提供了一种标定系统，包括计算单元、光学发射及接收装置、反射镜、转台和导轨，所述反射镜安装在所述转台的中心，所述导轨连接有导轨滑块，所述光学发射及接收装置安装在所述导轨滑块上，所述光学发射及接收装置悬于所述反射镜的正上方，所述光学发射及接收装置与所述计算单元连接。

作为本发明的进一步改进，所述光学发射及接收装置包括激光器、分光镜和平面探测器，其中，所述激光器射出准直后的激光后，经过所述分光镜后投射到所述反射镜上，所述反射镜反射激光到所述分光镜上，所述分光镜再将激光投射到所述平面探测器上。

作为本发明的进一步改进，所述平面探测器为二维感光器件阵列。

本发明还提供了一种标定系统的测量方法，采用如上述中任一项所述的标定系统来测量导轨运动轴与转台转动轴的夹角。

作为本发明的进一步改进，所述方法包括以下步骤：

S1、将导轨滑块移动到第一位置，转动转台，将平面探测器的探测点连接起来，得到第一个圆；

S2、将导轨滑块移动到第二位置，转动转台，将平面探测器的探测点连接起来，得到第二个圆；

S3、计算导轨运动轴与转台转动轴的夹角a：

a＝arctan((l2-l1)/δZ)

其中，l1为第一个圆的半径，l2为第一个圆的半径，δZ为第一位置与第二位置的间距。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1之前，进行步骤S0、转动转台，使光斑在反射镜上画圆，调整反射镜的位置，使光斑在反射镜上画的圆尽可能小。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，将第一个圆与第二个圆放在同一坐标系下。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，平面探测器每接收到一个光斑，就会得到一个空间位置点t，当转台旋转时，则得到空间位置点集t1、t2、……、tn，将空间位置点集t1、t2、……、tn画在一个坐标系下，则得到第一个圆；第二个圆的产生方法与第一个的产生方式相同。

本发明的有益效果是：

1)可以准确采集到导轨运动轴与转台转动轴的夹角数据，因而可以在系统中进行补偿，完全消除这项误差的影响，因而提高了测量精度；

2)由于可以准确采集到导轨运动轴与转台转动轴的夹角，因此可以适当降低平行度的调整要求，给实际生产带来很大便利，大大提高了效率。

附图说明

图1是现有柱坐标测量系统的示意图。

图2是本发明一种标定系统的示意图。

图3是本发明一种标定系统的光学发射及接收装置的示意图。

图4是本发明一种标定系统的光学发射及接收装置得到的圆的示意图。

图5是本发明一种标定系统的测量方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图2至图5所示，一种标定系统，包括三部分，光学发射及接收装置3、反射镜2和计算单元3，共同作用实现夹角的采集。

基于该标定系统，进行以下标定系统的测量方法，以测量导轨5的运动轴与转台4的转动轴的夹角：

将反射镜2布置在转台4上，将光学发射及接收装置3通过横梁7布置在导轨滑块6上，导轨滑块6安装在导轨5上，导轨5为Z轴导轨，转动转台4，光斑会在反射镜2上画圆，调整反射镜2位置，使光斑在反射镜2上的画的圆尽可能小，这样可以忽略反射镜2的平面度引起的误差。分别将导轨滑块6沿Z轴运动到两个或者两个以上位置，旋转转台4，得到对应的位置信息，通过此位置信息，计算得到夹角。

光学发射及接收装置3主要包括激光器、分光镜和平面探测器，其中，激光器31射出准直后的激光，经过分光镜32后投射到反射镜面2上，反射镜面2反射激光到分光镜32上，分光镜32再将光线投射到平面探测器33上。由于平面探测器33为二维感光器件阵列，当它接收到一个光斑时，就能得到一个空间位置信息t，其半径为l，见图3。当转台旋转时，得到空间位置点集t1、t2、……、tn，将这些位置点集画在一个坐标系下，就会得到一个圆，见图4。

数据采集方法：将导轨滑块6运动到位置1，转动转台4，得到位置1的圆8；再将导轨滑块6运动到位置2，转动转台4，得到位置2的圆9，见图5，并将两者放在同一个坐标下。

计算方法：将导轨滑块6移动到位置1，求得圆8的半径l1，将导轨滑块6移动δZ到达位置2，求得圆9的半径l2，则有：

a＝arctan((l2-l1)/δZ)

其中a即为导轨运动轴Z与转台转动轴θ的夹角。需要说明的是，当Z向运动轴和激光出射方向严格平行时，图5右的圆为同心圆，当两者不平行时，将会呈现两个圆错开的情况(图5右)，但这并不影响a角的计算，正因为有这个特点，使本方法非常容易操作。

可以在不同的Z向位置(2个及2个以上位置)，旋转转台，分别采集空间点集，得到多个轨迹圆。

本发明提供的一种标定系统与标定系统的测量方法，具有以下优点：

本发明提供的一种标定系统与标定系统的测量方法，可以用于各类柱坐标仪器、加工设备的调校、补偿，具有较强通用性和较大市场价值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

一种标定系统，其特征在于：包括计算单元、光学发射及接收装置、反射镜、转台和导轨，所述反射镜安装在所述转台的中心，所述导轨连接有导轨滑块，所述光学发射及接收装置安装在所述导轨滑块上，所述光学发射及接收装置悬于所述反射镜的正上方，所述光学发射及接收装置与所述计算单元连接。
根据权利要求1所述的标定系统，其特征在于：所述光学发射及接收装置包括激光器、分光镜和平面探测器，其中，所述激光器射出准直后的激光后，经过所述分光镜后投射到所述反射镜上，所述反射镜反射激光到所述分光镜上，所述分光镜再将激光投射到所述平面探测器上。
根据权利要求2所述的标定系统，其特征在于：所述平面探测器为二维感光器件阵列。
一种标定系统的测量方法，其特征在于：采用如权利要求1至4中任一项所述的标定系统来测量导轨运动轴与转台转动轴的夹角。
根据权利要求4所述的标定系统的测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、将导轨滑块移动到第一位置，转动转台，将平面探测器的探测点连接起来，得到第一个圆；

S2、将导轨滑块移动到第二位置，转动转台，将平面探测器的探测点连接起来，得到第二个圆；

S3、计算导轨运动轴与转台转动轴的夹角a：

a＝arctan((l2-l1)/δZ)

其中，l1为第一个圆的半径，l2为第一个圆的半径，δZ为第一位置与第二位置的间距。
根据权利要求5所述的标定系统的测量方法，其特征在于：在步骤S1之前，进行步骤S0、转动转台，使光斑在反射镜上画圆，调整反射镜的位置，使光斑在反射镜上画的圆尽可能小。
根据权利要求5所述的标定系统的测量方法，其特征在于：在步骤S2中，将第一个圆与第二个圆放在同一坐标系下。
根据权利要求5所述的标定系统的测量方法，其特征在于：在步骤S1中，平面探测器每接收到一个光斑，就会得到一个空间位置点t，当转台旋转时，则得到空间位置点集t1、t2、……、tn，将空间位置点集t1、t2、……、tn画在一个坐标系下，则得到第一个圆；第二个圆的产生方法与第一个的产生方式相同。