[发明专利]一种隐蔽转轴与端面垂直度的非接触测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直度测量方法，尤其涉及一种利用光学测量手段非接触性测量隐蔽转轴与端面垂直度的方法，属于机械测量技术领域。

背景技术

机械转轴与端面之间垂直度的测量是几何测量领域中最基本的项目之一，通常可采用接触式的测量方法直接测量得到，然而对于一些特殊的机械装置，如光学扫描成像系统，其转轴隐藏于结构内部，无法用接触的方法测量该参数，必须借助于光学等非接触方法。以光电雷达系统中的扫描电机的转轴与安装端面的不平行度测量为例，振镜电机作为关键部件常被应用在红外成像制导技术当中。红外成像的清晰度除了受光学系统、红外探测器的影响外，还与扫描装置有关。振镜电机是成像系统的关键部件时，除了对于材料和尺寸的要求，扫描视场和转轴与安装端面的不平行度有直接的关系，只有保证振镜电机的高度稳定性，即良好的重复性，才能使正向扫描和逆向扫描所成的图像重叠到一起，确保成像系统的稳定，达到精确制导的目的。因此，对振镜电机转轴端面垂直度进行准确测量，是保证精确成像的基础。

由于振镜电机对于定位和转角控制精度的要求越来越高，而且摆动的频率越来越快（超过100Hz），已经不能采用接触性测量的方式对振镜电机的摆角信息进行测量。随着光电子技术和器件的不断发展，非接触式光电检测技术成为测试振镜电机摆角特征的最好选择。圆光栅法、激光干涉法、激光自准直法是目前常用的动态角度测量的方法。前两者在进行角度测量时具有测量精度高的优点，但是它们的结构复杂，现场性、动态性和经济性不理想。激光自准直法利用激光作为自准直线，以象限探测器CCD或者PSD作为位置敏感探测器，当被测物体发生角度的变化时，反射回来的光线将产生位移的变化，但是可以保证角度信息不变，这样利用位移的变化可以方便实时的实现角度的静态和动态测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种隐蔽转轴与端面垂直度的非接触测量方法及系统，能够对隐蔽转轴端面的垂直度进行准确快速测量，且结构简单，实现成本低廉。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种隐蔽转轴与端面垂直度的非接触测量方法，在所述隐蔽转轴端面上固定安装一平面反射镜，该平面反射镜镜面与隐蔽转轴端面垂直；用激光照射所述平面反射镜，并匀速旋转所述隐蔽转轴，利用面阵光电位置传感器采集平面反射镜反射的光点位置信号，光点位置信号在时间轴上的轨迹为一个弦；根据所述弦的高度与隐蔽转轴与端面垂直度之间存在的对应关系确定所述隐蔽转轴与端面垂直度，弦的高度越大，隐蔽转轴与端面垂直度越小。

一种隐蔽转轴与端面垂直度的非接触测量系统，包括：

平面反射镜，固定安装于所述隐蔽转轴端面上，该平面反射镜镜面与隐蔽转轴端面垂直；

激光器，用于向所述平面反射镜发射激光；

面阵光电位置传感器，用于采集所述平面反射镜反射的激光光点的位置信号。

进一步地，该系统还包括设置于所述平面反射镜与面阵光电位置传感器之间的反射光路上的透镜组；所述透镜组包括平行设置的第一平凸柱面透镜和第二平凸柱面透镜，第一平凸柱面透镜的光心到平面反射镜中心的距离大于第一平凸柱面透镜的焦距f₁，小于2f₁；第二凸柱面透镜的光心到面阵光电位置传感器光敏面之间的距离等于第二凸柱面透镜的焦距f₂。

本发明可对无法进行接触式测量的隐蔽转轴的端面垂直度进行快速准确测量，且结构简单，实现成本低廉。

附图说明

图1为隐蔽转轴与端面垂直度示意图；

图2为本发明测量系统的光路示意图；

图3为本发明测量系统的原理示意图；

图4为具体实施方式中本发明测量系统的反射光路示意图；

图5为面阵光电位置传感器接收到的反射光点轨迹；

图中各标号含义如下：

1为平面反射镜，2为激光器，3为第一平凸柱面透镜，4为第二平凸柱面透镜，5为面阵光电位置传感器，6为隐蔽转轴轴线，7为平面反射镜1的法线方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：