CN106813600B - 一种非接触式非连续平面平面度测量系统 - Google Patents

Abstract

一种非接触式非连续平面平面度测量系统。测量系统包括激光发射装置、激光位移传感器、位置敏感器和计算机组成。该测量装置可在加工现场，与加工设备结合，对各种大尺寸、非连续平面的平面度进行高精度非接触式在线测量。一种非接触式非连续平面平面度测量系统。使用激光位移传感器和位置敏感器组合测量待测点高度(z)，结合加工设备测量待测点平面坐标(x，y)，然后进行数据处理得到平面度值。本发明具有非接触、测量范围大、能适应各种材质的表面等特点，可用于各种不同大小、不同材质的非连续表面的平面度测量；测量过程由计算机控制自动完成，可实现自动测量，提高了测量速度。

Description

一种非接触式非连续平面平面度测量系统

技术领域

本发明涉及大尺寸非连续平面平面度的非接触式在线测量，属于精密在线测量领域。

背景技术

在现代制造业，尤其是航空航天制造业中，随着对加工精度要求的不断提高，对测量精度的要求也越来越高，测量能力的高低直接影响了产品的质量。而且，许多大型的工件要求非接触式在线测量。现有的平面度测量方法按照测量原理可分为直接测量方法、间接测量方法和组合测量方法三大类。直接测量方法是能直接获得待测面上各点坐标值，或者能够直接评定平面度误差的测量方法。间接测量方法不能直接获得各点的坐标值，需要经过数据处理才能获得各点坐标值。组合测量方法是通过误差分离技术，消除测量基面本身平面度误差的测量方法。直接测量法主要包括：激光准直扫描法、液面法和光学三角法。激光准直扫描法测量精度高、测量范围大，但需要人工反复挪动测量设备，不适合在线测量。液面法对环境温度比较敏感，而且还需要将承放液体的容器放置在待测物表面，不适合在线测量。光学三角测量方法依赖外部高精度测量基准，不能满足在线测量的精度要求。间接测量方法和组合测量方法一般用于连续表面的测量，并不适用于非连续表面的测量。这些方法还存在自动化程度低、测量速度慢等不足，无法满足在加工现场在线测量大尺寸、非连续平面的平面度的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于激光参考平面，将激光位移传感器和位置敏感器相结合的平面度测量系统，可以实现在加工现场对大尺寸、非连续平面平面度的高精度在线测量。

本发明的技术解决方案为：一种非接触式非连续平面平面度测量系统，包括激光发射装置、激光位移传感器、位置敏感器和计算机。它们之间的连接关系是：激光发射装置和待测物固定在共同的地基上；位置敏感器和位移传感器固连并固定在机床上，随机床移动可对待测表面的不同位置进行测量；激光发射装置发射的激光扫描形成基准光平面，入射到位置敏感器光探测区域；计算机分别通过数据传输接口采集激光位移传感器和位置敏感器的数据，并与机床控制系统通讯获取测量位置并控制机床移动，最后根据平面度评定方法计算出待测平面的平面度并显示。

该激光发射装置使用经过准直的激光束入射到五角棱镜，当五角棱镜绕回转轴旋转时，经五角棱镜折射后的出射光就扫描形成基准光平面(参见图1)；该激光位移传感器采用三角测量原理得到传感器与待测点间的距离；该位置敏感器是一种基于横向光电效应的半导体器件，可以精确地测量照射在其靶面上的光点的二维坐标，可以测量位移传感器相对基准光平面的上下偏移量。

本发明的原理是：利用激光位移传感器测量待测表面与激光位移传感器之间的距离d。以激光发射装置产生的光平面作为基准面，利用位置敏感器测量位移传感器相对基准面的偏移量p，位移传感器测量基准到位置敏感器测量基准的距离记为l，为常量，则待测点的z坐标为z＝d+l+p(参见图2)。机床控制系统可以输出待测点的x、少坐标。机床按照事先规划好的测量路径移动到不同位置，测量得到待测面上不同待测点的三维坐标，由这些三维坐标计算待测表平面的平面度。

附图说明

图1为激光发射装置旋转形成基准光平面的原理图。

图2为激光位移传感器和位置敏感器测量待测点高度的原理图。

图3为系统的结构框图。其中，实线表示机械连接，虚线表示数据连接，点划线带箭头表示激光方向。

具体实施方式

本发明的实施方式如下。

如图3所示，测量装置由激光位移传感器、位置敏感器、激光发射装置和计算机等组成。

第一步，安装调整基准光平面。将激光发射装置固定在与待测物相同的地基上，并调节激光发射装置出射光平面与待测平面基本平行；例如，不失一般性，设将两个平面都调整到水平；

第二步，安装调整传感器。将激光位移传感器和位置敏感器组合安装在机床主轴上，调节激光位移传感器激光出射方向与待测面基本垂直，即调整为铅垂方向；位置敏感器探测面与待测面基本垂直且面向激光发射装置，即沿铅垂方向；

第三步，测量路径规划。确定待测点的分布，根据待测点在机床坐标系下的坐标，生成测量路径；

第四步，坐标测量。根据测量路径，计算机向机床控制系统发送指令，控制机床带动激光位移传感器和位置敏感器组合依次达到预订的测量位置，计算机采集数据，包括：机床的当前位置，激光位移传感器读数，位置敏感器读数，即可计算得到该待测点的三维坐标；

第五步，平面度评价。对所有待测点的三维坐标进行平面度误差评定，得到待测平面的平面度误差值，完成测量。

Claims (5)

1.一种非接触式非连续平面平面度测量系统，其特征在于：

（1）系统结构为：激光位移传感器（2）和位置敏感器（3）固连，可安装在机床（1）上；激光发射装置（4）与待测平面（6）安装固定在同一地基上；计算机（5）分别与机床（1）、激光位移传感器（2）和位置敏感器（3）的对应接口连接，进行数据交换；

（2）测量原理为：激光发射装置（4）对激光旋转，形成测量的参考基准光平面；激光位移传感器（2）和位置敏感器（3）组合，可以测量待测平面（6）上某个待测点到基准光平面间的高度距离，利用激光位移传感器测量待测表面与激光位移传感器之间的距离d， 以激光发射装置产生的光平面作为基准面，利用位置敏感器测量位移传感器相对基准面的偏移量p，位移传感器测量基准到位置敏感器测量基准的距离记为l，为常量，则待测点的z坐标为z=d +l+p；机床（1）带动激光位移传感器（2）和位置敏感器（3）移动，按照事先设定的测量路径，获得待测平面（6）上所有待测点到基准光平面间的高度z；待测点在水平面上的二维坐标（x，y）可由机床（1）的控制系统给出；根据所有待测点的三维坐标，采用平面度评定方法计算得到待测平面（6）的平面度。

2.根据权利要求1所述的非接触式非连续平面平面度测量系统，其特征在于仅需要单个激光位移传感器（2）测量待测点与激光位移传感器（2）之间的距离。

3.根据权利要求1所述的非接触式非连续平面平面度测量系统，其特征在于采用激光发射装置（4）利用旋转的五角棱镜或柱面镜使激光线旋转扫描，形成测量时的参考基准光平面。

4.根据权利要求1所述的非接触式非连续平面平面度测量系统，其特征在于激光位移传感器（2）与位置敏感器（3）固连且可以安装在机床（1）上，并且由机床（1）提供待测点的水平面坐标。

5.根据权利要求1所述的非接触式非连续平面平面度测量系统，其特征在于所述的测量原理中利用激光位移传感器（2）和位置敏感器（3）相结合的方法是激光位移传感器（2）测量待测点与其之间的距离，位置敏感器（3）测量其中心与基准光平面间的距离，两者相加得到待测点的高度信息。

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