基于坐标转换的光学测角装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及角度测量技术领域，具体而言，涉及一种基于坐标转换的光学测角装 置及方法。
【背景技术】
[0002] 数控机床广泛应用于航空、航天、兵器、船舶及民用行业中工件、零部件加工生产 的各个环节。随着现代数控机床科技的发展，数控机床的形式及种类越来越多，随着耳轴 (摇篮）式机床和车铣复合机床、五轴加工中心等机床设计日趋多样化，回转轴的种类及应 用也随之发生变化，与机床上的直线轴一样，回转轴也存在与预期位置相关的误差。
[0003] 传统的回转工作台俯仰角校准方法是以正多面棱体为主标准器，辅以光电自准直 仪作为瞄准装置，以三位置平均法或排列组合法进行角度校准。该方法要求正多面棱体必 须与被校回转轴严格同心安装，否则由于正多面棱体的反射面较小，较大的同心偏差可能 造成自准直光轴超出瞄准范围而无法采集数据，实际测量中很难保证。同时，该方法只能测 量固定的整度数（15°间隔），不能测量连续变化的任意角度。由于机床回转工作台俯仰角 的回转轴无法找到，而且使用中可能用到范围在-90°~+90°之间的任意角度，因此，传 统角度校准方法的使用受到很大的局限，可靠性低，无法满足型号任务的需求。
[0004] 另外一种方法是以光学象限仪作为标准，通过象限仪的水泡对零实现回转俯仰轴 的校准，但是这种方法中所用主标准器光学象限仪本身精度不高，且现场振动环境对水泡 的影响较明显，无法满足俯仰角分度精度的校准要求。
【发明内容】
[0005] 为了解决数控机床回转工作台俯仰角分度误差的技术问题，本发明提供一种基于 坐标转换的光学测角装置及方法，本发明采用一种基于坐标转换的光学测角方法，可实现 数控机床回转工作台俯仰角分度误差的校准。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种基于坐标转换的光学测角装置，其特殊之处在于：包括光电自准直仪、长平面 反射镜、支撑架、带驱动的角度编码器、定位夹具以及编码器支架；
[0008] 所述长平面反射镜固定在支撑架上，所述支撑架固定在带驱动的角度编码器的回 转轴上，所述带驱动的角度编码器固定在编码器支架上，所述编码器支架通过定位夹具安 装在被测回转工作台上，使得带驱动的角度编码器回转轴与被测回转工作台俯仰轴平行； 所述长平面反射镜的回转轴线与被测回转工作台俯仰轴平行；所述光电自准直仪的光轴与 长平面反射镜平面垂直。
[0009] 上述长平面反射镜为平面度满足0. 1 μ m的长条形反射镜。
[0010] 上述长平面反射镜通过粘接剂粘贴于支撑架上。
[0011] 上述带驱动的角度编码器，包括角度编码器、蜗轮蜗杆机构以及减速机构，
[0012] 所述减速机构包括支架、粗调手轮以及精调组件，所述粗调手轮固定在支架上，所 述精调组件固定在支架上；
[0013] 所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮、蜗杆以及支座，所述蜗杆穿过支架且与支架固定连 接，所述蜗轮与蜗杆啮合，所述蜗轮与角度编码器固定连接，所述支座的一端固定在定位夹 具上，所述支座的另一端通过轴承支撑蜗杆。
[0014] 基于坐标转换的光学测角方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
[0015] 1】被测回转工作台的俯仰角为0°时，调整光电自准直仪高度，使光电自准直仪光 轴与带驱动的角度编码器的回转轴和长平面反射镜的镜面均垂直，此时光电自准直仪上读 数为θ U
[0016] 2】改变被测回转工作台的俯仰角为Γ的位置，反向转动带驱动的角度编码器的 角度为_i°，调整光电自准直仪高度，使光电自准直仪光轴与带驱动的角度编码器的回转 轴和长平面反射镜的镜面均垂直，此时光电自准直仪上读数为0 i;其中Γ为〇°到90° 之间的任意角度；
[0017] 3】按照下面公式计算被测回转工作台的俯仰角为Γ的位置处的分度误差δ :
[0018]
【主权项】
1. 一种基于坐标转换的光学测角装置，其特征在于：包括光电自准直仪、长平面反射 镜、支撑架、带驱动的角度编码器、定位夹具以及编码器支架； 所述长平面反射镜固定在支撑架上，所述支撑架固定在带驱动的角度编码器的回转轴 上，所述带驱动的角度编码器固定在编码器支架上，所述编码器支架通过定位夹具安装在 被测回转工作台上，使得带驱动的角度编码器回转轴与被测回转工作台俯仰轴平行；所述 长平面反射镜的回转轴线与被测回转工作台俯仰轴平行；所述光电自准直仪的光轴与长平 面反射镜平面垂直。
2. 根据权利要求1所述的基于坐标转换的光学测角装置，其特征在于：所述长平面反 射镜为平面度满足〇. 1 μ m的长条形反射镜。
3. 根据权利要求1所述的基于坐标转换的光学测角装置，其特征在于： 所述长平面反射镜通过粘接剂粘贴于支撑架上。
4. 根据权利要求1所述的基于坐标转换的光学测角装置，其特征在于：所述带驱动的 角度编码器，包括角度编码器、蜗轮蜗杆机构以及减速机构， 所述减速机构包括支架、粗调手轮以及精调组件，所述粗调手轮固定在支架上，所述精 调组件固定在支架上； 所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮、蜗杆以及支座，所述蜗杆穿过支架且与支架固定连接，所 述蜗轮与蜗杆啮合，所述蜗轮与角度编码器固定连接，所述支座的一端固定在定位夹具上， 所述支座的另一端通过轴承支撑蜗杆。
5. 基于坐标转换的光学测角方法，其特征在于：包括以下步骤： 1】被测回转工作台的俯仰角为0°时，调整光电自准直仪高度，使光电自准直仪光轴与 带驱动的角度编码器的回转轴和长平面反射镜的镜面均垂直，此时光电自准直仪上读数为 9 1； 2】改变被测回转工作台的俯仰角为i°的位置，反向转动带驱动的角度编码器的角度 为-i°，调整光电自准直仪高度，使光电自准直仪光轴与带驱动的角度编码器的回转轴和 长平面反射镜的镜面均垂直，此时光电自准直仪上读数为e i;其中Γ为0°到90°之间 的任意角度； 3】按照下面公式计算被测回转工作台的俯仰角为Γ的位置处的分度误差δ :
其中： h_角度编码器的轴心与被测回转工作台的轴心的偏心距离； Δ1-光电自准直仪发出的光位置在长平面反射镜上相对初始位置的偏移量，Λ1 = sin Bi*!
S-俯仰角分度误差（"）； θ i-被测回转工作台在i位置时光电自准直仪的读数值（"）； Stl-被测回转工作台在零位时光电自准直仪的读数值（"）； α-由长平面反射镜的平面度引入的分度误差。
【专利摘要】本发明涉及基于坐标转换的光学测角装置及方法，包括光电自准直仪、长平面反射镜、支撑架、带驱动的角度编码器、定位夹具以及编码器支架；长平面反射镜固定在支撑架上，支撑架固定在带驱动的角度编码器的回转轴上，带驱动的角度编码器固定在编码器支架上，编码器支架通过定位夹具安装在被测回转工作台上；长平面反射镜的回转轴线与被测回转工作台俯仰轴平行；光电自准直仪的光轴与长平面反射镜平面垂直。本发明解决了数控机床回转工作台俯仰角分度误差的技术问题，本发明可实现数控机床回转工作台俯仰角分度误差的校准。
【IPC分类】B23Q17-24
【公开号】CN104647144
【申请号】CN201410772149
【发明人】常莹, 张周焕, 郑小恒, 王昀希
【申请人】西安航天计量测试研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月12日