一种回转中心测量装置及其间距测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量装置及其方法，具体涉及一种回转中心测量装置及其间距测 量方法。
【背景技术】
[0002] 回转工作台的回转中心到某平面的距离，是机械领域中的一种重要物理量。然而 在测试过程中回转工作台的回转中心是一个抽象的空间点，点的选取与计算均有很大难 度。目前多采用干涉条纹方法和半导体方法进行测量，中国专利公开了"用于干涉式间距测 量的设备"（公告号为：CN 103512505 A)和"间距测量装置"（公告号为：CN 201844805 U) 两种方案，然而采用干涉方法对实验环境要求极为苛刻，且在条纹的记录中易出现"明暗" 条纹计数的不确定性，而采用纯装置测试则需要依靠一些特殊材料的特殊特性，而材料在 反复使用过程中，其特性值往往不是常量，这均给测量带来较大的误差和不便。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种操作方便、操作环境要求较为宽松的回转 中心测量装置，同时提供了一种基于回转中心测量装置的间距精确测量方法。
[0004] 为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案： 技术方案一： 一种回转中心测量装置，其包括导轨、设置在导轨上的位移台、设有激光器的回转工作 台、目标平面以及设置在目标平面上的相机；所述导轨平行设置在目标平面正上方，所述回 转工作台设置在位移台上。
[0005] 所述位移台通过丝杠螺母副设置在导轨上，所述回转工作台轴线与导轨轴线在同 一水平面内垂直，所述相机型号为CCD/CM0S板级相机，所述位移台、激光器的中心与回转 工作台的回转中心重合。
[0006] 本发明还包括激光位移传感器，所述激光位移传感器设置在位移台上。
[0007] 技术方案二： 本发明间距精确测量方法步骤如下： ① 建立XYZ坐标系将待测距离#成A和_两部分来进行分段测量，其中是 回转工作台的回转中心与相机上表面的距离，4是相机上表面与目标平面的距离； ② 确定初始位置，使回转工作台的回转中心位于点羅，测量光斑位于相机靶面上的 点4 ③ 使回转工作台的回转中心沿X方向移动Z，到达点_，回转工作台旋转角度〃，使 激光束重新照射在相机靶面上，并记相机靶面上的新光斑为点戌 ④ 得到直角梯形由几何关系笮
式中I?的长度z由安装于导轨上的光栅尺测量，似的长度I通过对相机上的光 斑图像求解，回转工作台的旋转角度〃通过自准直仪或圆光栅测量； ⑤ 对is进行不确定度分析与传播计算； ⑥ 将相机水平放置于目标平面上，再将激光位移传感器放置于相机上方进行测量，并 记录此时的激光位移传感器示数_，将相机从目标平面上卸下，读取并记录此时的激光位 移传感器示数h，得到
⑦ 对1?进行不确定度分析与传播计算； ⑧ 在完成輪和毛的测量后，计算出回转工作台的回转中心到目标平面的距离
,并得出I的合成不确定度。
[0008] 本发明的积极效果如下：本发明测量结构简单，稳定性好，通过激光的光斑可以实 现对空间回转轴到指定平面距离的精确测量；本发明通过激光光斑定点构造直角梯形的方 式可有效的将测量不确定度控制在很小的范围（约IOym左右）；因可以通过阈值算法确定 光斑中心，故本发明对激光光源的光斑大小要求不高；本发明光源可用其它平行光代替，故 对光源要求也不高，这就有效的提升了使用范围，降低了使用条件；本发明采用离线式测 量，各运动部件的运动精度可以通过算法补偿，这就扩大了其适用的用途，对于有类似需求 的测量有指导意义。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明装置的结构示意图； 图2为本发明对相机靶面上光斑位置影响示意图； 图3为本发明对相机靶面上光斑偏差影响示意图； 图4为本发明对相机靶面上光斑位置影响示意图； 图5为本发明测量与合成不确定度关系示意图； 图6为本发明激光位移传感器结构示意图； 在图中：1回转工作台、2导轨、3位移台、4激光器、5相机、6目标平面、7初始光斑、8旋 转后光斑、9激光位移传感器。
【具体实施方式】
[0010] -、本发明装置的实施例： 如图1、6所示，一种回转中心测量装置，其包括导轨2、设置在导轨2上的位移台3、设 有激光器4的回转工作台1、目标平面6以及设置在目标平面6上的相机5 ;所述导轨2平 行设置在目标平面6正上方，所述回转工作台1设置在位移台3上。所述位移台3通过丝 杠螺母副设置在导轨2上，所述回转工作台1轴线与导轨2轴线在同一水平面内垂直，所述 相机5型号为(XD/CM0S板级相机，所述位移台3、激光器4的中心与回转工作台1的回转中 心重合。本发明还包括激光位移传感器9,所述激光位移传感器9设置在位移台3上。
[0011] 如图1所示，使用该装置时，先调节位移台3,激光器4中心发射激光亮斑至相机5 上，然后继续调节位移台3至另一位置，回转工作台1旋转，激光器4中心再次发射激光亮 斑至相机5上完成装置的第一步操作；如图6所示，将激光位移传感器9单独使用进行测定 相机5的厚度，完成全部装置操作，然后进行方法演绎。
[0012] 二、本发明的方法实施例： 因涉及精密测量，本实施例中给定的数值以及计算数值的量级均较小。
[0013] 本实施例利用回转中心测量装置实施间距精确测量方法的步骤如下： ① 如图1所示，建立XYZ坐标系将待测距离#成.和1?两部分来进行分段测量， 其中添是回转工作台1的回转中心与相机5上表面的距离，_是相机5上表面与目标平 面6的距离； ② 确定初始位置，使回转工作台1的回转中心位于点_，测量光斑位于相机靶面上的 点4 ③ 使回转工作台1的回转中心沿X方向移动Z，到达点_，回转工作台1旋转角度0， 使激光束重新照射在相机5靶面上，并记相机5靶面上的新光斑为点戌 ④ 得到直角梯形????，由几何关系有
式中札氧的长度Z由安装于导轨2上的光栅尺测量，似的长度I通过对相机5上 的光斑图像求解，回转工作台1的旋转角度〃通过自准直仪或圆光栅测量； ⑤ 对备_进行不确定度分析与传播计算； 给定回转工作台1的回转中心距目标平面6的距离为90mm，相机5的靶面距基 面的厚度约为l〇mm，因而自准直仪的回转中心与相机5靶面的距离约为80mm;给定
测量尺寸，1,,::券纖__、編￡::_義輸_、 :如图2、3、4所示，位移台3在运动过程中会产生6个自由度方 向的误差：為 感器9在线测量与补偿，俯仰误差Iyg可通过自准直仪(或圆光栅）在线测量与补偿，这 两种误差对職：测量的影响取决于测量仪器的不确定度；回转工作台1在Y方向的跳动误 差％.和滚转误差对'测量的影响，可通过相机5靶面上的光斑位置偏差来表征， 如图2所示，其中J为激光束的初始光斑，