一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及平面夹角测量领域，尤其涉及一种基于射线簇的两个平面夹角的测量 方法。
【背景技术】
[0002] 角度是最常见的几何量之一，角度测量技术按测量原理可以分为机械式、电磁式 和光学方法测角等。
[0003] 机械式测角的典型应用是多齿分度盘。使用多齿分度盘测量角度，准确度较高，但 由于多齿分度盘的齿数不可能无限增加，因此细分受到限制。常用两组或多组分度盘叠放 在一起利用差动法进行细分。多齿分度盘有着测量精度高、结构可靠、使用寿命长等优点， 但差动多齿分度盘加工复杂、上下盘齿圈的同轴度较难保证。此外，其测量方式是手动测 量，很难实现自动化。
[0004] 电磁测角技术的主要应用是圆磁栅和感应同步器。利用圆磁栅测角时，圆磁栅与 被测件同时旋转，通过静态或动态的磁头读出磁栅记录的磁信息，经过处理得到角度值。感 应同步器测角时，利用电磁感应原理，将角位移量转换为数字脉冲信号输出。电磁测角方式 不仅信号处理系统较复杂，而且测量方式为手动测量，不易于实现自动化。
[0005] 光学测角方法包括圆光栅测角法、激光测角技术等。在实际应用中，针对不同的测 量任务，采用适当的光学测角方法几乎都能取得十分理想的精度。圆光栅测角技术是最常 用的测角技术之一，通过计算圆光栅转过的栅距数便可得到转角。圆光栅测角的优点是测 量准确度高，稳定可靠，但安装时对心准确度要求高，动态测量时分辨力难以保证。激光测 角技术有着非接触、测量精度高等优点，但常常需要搭建复杂的光路，这不仅使测角难度加 大，更让整个测量系统变得庞大、复杂。
[0006] 发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存下以下缺点和不足：
[0007] 现有的角度测量方法往往存在测量系统复杂，且测量装置的安装、定位要求较高， 并且难于实现自动化测量。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，本发明克服了上述几 何量测量技术应用于平面夹角测量时的不足，实现了非接触、快速、准确地测出平面夹角， 详见下文描述：
[0009] 一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0010] 将由射线源组成的非接触测量头固定在机床主轴上，调节测量射线与机床主轴的 回转轴线垂直，使得非接触测量头置于第一平面、第二平面之间的任意位置；
[0011] 获取第一出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第一出射点的坐标（Xl，yl);
[0012] 获取第二出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第二出射点的坐标（x2, y2);
[0013] 通过第一出射点、第二出射点与第一平面、第二平面之间的距离以及两出射点之 间的距离，获取第一平面和第二平面之间的夹角。
[0014] 所述获取第一出射点到第一平面、第二平面的距离的步骤具体为：
[0015] 测量射线绕第一出射点旋转，测量射线扫过第一平面和第二平面的最短测量线 段，为第一出射点分别到第一平面和第二平面的距离。
[0016] 所述获取第二出射点到第一平面、第二平面的距离的步骤具体为：
[0017] 测量射线绕第二出射点旋转，测量射线扫过第一平面和第二平面的最短测量线 段，为第二出射点分别到第一平面和第二平面的距离。
[0018] 本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0019] 测量安全性：接触式测量一般要求操作人员位于测量要素附近操作、读数或引导， 很难实现自动测量。本方法采用的是非接触测量方式，由射线源组成的非接触测量头远离 被测物表面，提高了测量的安全性。
[0020] 测量精确性：当采用高精度激光位移传感器作为射线源时，能够快速、精确地测出 被测物到传感器的距离。
[0021] 操作便利性：本方法采用的基于非接触测量的测量装置，最大外形尺寸小于被测 量，可方便进出测量位置。本方法测量两个平面夹角时，只需将测量射线置于两个待测平面 间的任意位置，经两次测量，即可得到两平面的夹角。这种便利性是大多数接触式测量方法 所不具备的。
[0022] 可实现在机测量：将由测量射线源组成的非接触测量头安装在机床上，利用机床 自身的运动执行机构，可实现在机、精密测量。
【附图说明】
[0023] 图1为一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法的流程图；
[0024] 图2为射线族形成不意图；
[0025] 图3为平面夹角测量原理图。
[0026] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0027] A :第一出射点； B :第二出射点；
[0028] 1 :测量射线； 2 :射线簇构成的测量平面；
[0029] 3 :第一平面 4 :第二平面。
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0031] 实施例1
[0032] 一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，参见图1，该方法包括以下步骤：
[0033] 101 :获取第一出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第一出射点的坐标 (xl, yl)；
[0034] 102:获取第二出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第二出射点的坐标 (x2, y2)；
[0035] 103:通过第一出射点、第二出射点与第一平面、第二平面之间的距离以及两出射 点之间的距离，获取第一平面和第二平面之间的夹角。
[0036] 其中，获取用于标注第一出射点与第二出射点之间距离的测量射线的步骤具体 为：
[0037] 把由射线源组成的非接触测量头固定在机床主轴上，调节测量射线与机床主轴的 回转轴线垂直，把由射线源组成的非接触测量头置于第一平面、第二平面之间的任意位置。 通过机床的坐标系统分别获取第一出射点与第二出射点的坐标，并计算两出射点之间的距 离。
[0038] 其中，分别获取第一出射点、第二出射点与第一平面、第二平面之间的距离的步骤 具体为：
[0039] 把由射线源组成的非接触测量头固定在机床主轴上，调节测量射线与机床主轴的 回转轴线垂直，把由射线源组成的非接触测量头置于第一平面、第二平面之间的任意位置。
[0040] 测量射线绕第一出射点旋转，测量射线扫过第一平面和第二平面的最短测量线 段，为第一出射点分别到第一平面和第二平面的距离；
[0041] 测量射线绕第二出射点旋转，测量射线扫过第一平面和第二平面的最短测量线 段，为第二出射点分别到第一平面和第二平面的距离。
[0042] 通过上述的步骤101-103,实现了基于射线簇的两个平面夹角的测量，避免了接触 式测量，提高了测量效率，满足了实际应用中的需要。
[0043] 实施例2
[0044] 一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，本实施例结合具体的原理示意图详 细描述该测量方法的操作步骤，参见图2和图3,该方法包括以下步骤：
[0045] 201 :如图2所示，把由射线源组成的非接触测量头固定在机床主轴（回转轴线） Z上，其中射线源可以发射具有测距功能的测量射线，如激光位移传感器等，这里的机床主 轴包括可以旋转并提供坐标位置的所有立式机床的主轴。调节测量射线1与机床回转轴线 (主轴）Z垂直，并保持机床主轴（回转轴线）Z旋转。
[0046] 202 :如图3所示，将由射线源组成的非接触测量头置于两待测平面间的任意位 置，保持Z轴坐标不变。记下第一出射点A与第一平面、第二平面的距离dl、d2,以及机床 的坐标（xl，yl);移动由射线源组成的非接触测量头至任意位置B(设为第二出射点），记下 此时的机床坐标（x2, y2)，并得到第二出射点B与第一平面、第二平面的距离d3、d4。
[0047] 203:通过第一出射点、第二出射点与第一平面、第二平面之间的距离以及两出射 点之间的距离，获取第一平面和第二平面之间的夹角。如图3所示。
[0048] 如果AC//第一平面3且AD//第二平面4,则有：
[0049] BC = d3-dl (1)
[0050] BD = d4-d2 (2)
[0051]
(3)
[0052] 第一平面3和第二平面4的夹角，也就是Z CAD，可表示为：
[0053]
(4)
[0054] 其中，AC为过A点垂直于d3的垂线段，其中C为垂足；AD为AD为过A点垂直于 d4的垂线段，其中D为垂足。
[0055] 综上所述，实际应用中，通过测量第一出射点、第二出射点与第一平面、第二平面 之间的距离以及两出射点之间的距离，就可以获取到两个平面之间的夹角，满足了实际应 用中的多种需要。
[0056] 本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制， 只要能完成上述功能的器件均可。
[0057] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 将由射线源组成的非接触测量头固定在机床主轴上，调节测量射线与机床主轴的回转 轴线垂直，使得非接触测量头置于第一平面、第二平面之间的任意位置； 获取第一出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第一出射点的坐标（Xl，yl); 获取第二出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第二出射点的坐标（x2，y2); 通过第一出射点、第二出射点与第一平面、第二平面之间的距离以及两出射点之间的 距离，获取第一平面和第二平面之间的夹角。2. 根据权利要求1所述的一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，其特征在于， 所述获取第一出射点到第一平面、第二平面的距离的步骤具体为： 测量射线绕第一出射点旋转，测量射线扫过第一平面和第二平面的最短测量线段，为 第一出射点分别到第一平面和第二平面的距离。3. 根据权利要求1所述的一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，其特征在于， 所述获取第二出射点到第一平面、第二平面的距离的步骤具体为： 测量射线绕第二出射点旋转，测量射线扫过第一平面和第二平面的最短测量线段，为 第二出射点分别到第一平面和第二平面的距离。
【专利摘要】本发明公开了一种基于射线簇的两个平面夹角的测量方法，包括以下步骤：将由射线源组成的非接触测量头固定在机床主轴上，调节测量射线与机床主轴的回转轴线垂直，使得非接触测量头置于第一平面、第二平面之间的任意位置；获取第一出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第一出射点的坐标；获取第二出射点到第一平面、第二平面的距离，以及第二出射点的坐标；通过第一、第二出射点与第一平面、第二平面之间的距离以及两出射点之间的距离，获取第一平面和第二平面之间的夹角。本方法采用的是非接触测量方式，非接触测量头远离被测物表面，提高了测量的安全性；只需要两次平移、两次回转测量头即可得到两平面夹角，操作简单、方便，测量效率较高。
【IPC分类】G01B15/00, B23Q17/24
【公开号】CN104913742
【申请号】CN201510304333
【发明人】王仲, 李兴强, 付鲁华, 吴翔宇, 吴振刚
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月5日