[发明专利]一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法

说明书

本发明属于精密测量技术领域，涉及一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法，装置包括：位移传递杠杆、反射镜、激光器及激光器姿态调整；其中位移传递杠杆由测头、支架、交叉簧片组成。本发明提供了一种适用于任意表面法向误差的激光测量装置与方法，既适用于反光曲面的精密测量，也适用于非反光的曲面精密测量。通过一种微位移转换杠杆，将测点位置的微位移量等比例转换成反射镜光斑的微位移量，通过光斑位置的变动来表征零件表面测点位置的变动。该装置的测量精度可达10nm，分辨率可达1nm，具有测量精度高、测量方便、成本低的优点，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，涉及一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法。

背景技术

激光测量具有测量精度高、非接触测量、集成化程度高等优点，广泛应用于微位移量的非接触测量系统。但激光测量要求被测量表面具有较高的平面精度和表面粗糙度要求，用于实现光路的反射。因此，激光测量一般只适用于平面的直接测量。对于曲面及非反光表面的形位公差的，激光测量方法一般不能直接使用。

发明内容

为解决现有激光测量方法不适用于曲面及非反光表面的精密测量，本发明提供了一种测量任意表面法向误差的激光测量装置，其特征在于，包括：微位移传递杠杆、固定座、反射镜、激光器及激光器姿态调整装置、数据采集与显示模块；其中微位移传递杠杆包括测头、簧片支架、交叉簧片；簧片支架通过交叉簧片固定于固定座上，交叉簧片夹角呈90度，簧片支架两端伸出臂间夹角呈90度；簧片支架一端点与测头通过螺纹连接，另一端点与反射镜通过胶粘连接固定；激光射于反光镜上，激光器分别与激光器姿态调整装置和数据采集与显示模块连接；

反射镜平面度小于0.5μm，表面粗糙度为λ/20～λ/5；

激光器具有温度误差补偿功能，能够实时补偿环境及工件温度对几何量测量结果的影响。

进一步地，上述交叉簧片采用0.1mm的65Mn钢通过线切割加工工艺获得。

上述的测量任意表面法向误差的激光测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过调整激光器的姿态，调整光斑到交叉簧片交线的距离等于测点到交叉簧片交线的距离；通过对该装置进行高精度标定实现光斑位置的精确调整；同时调整激光器的俯仰角和偏摆角，搜索接受反射光强的最大值，以调整激光入射方向与反射镜垂直；

2)调整测头的测量方向与零件工作面的法向一致；

3)调整完毕后将激光器锁紧；

4)通过数据采集与显示模块，计算出光斑与接收器距离的变动量，此值即为测点位置的相对变动量，测量过程中同时考虑对温度误差进行补偿。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法，既适用于反光曲面和平面的精密测量，也适用于非反光曲面和平面精密测量。通过一种微位移转换杠杆，将测点位置的微位移量等比例转换成反射镜光斑的微位移量。该装置的测量精度可达10nm，分辨率可达1nm，具有测量精度高、测量方便、成本低的优点，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1测量示意图。

图2微位移传递杠杆。

图中：1微位移传递杠杆；1-1测头；1-2簧片支架；1-3交叉簧片；2固定座；3反射镜；4激光器；5激光器姿态调整装置；6数据采集与显示模块。

具体实施方式

以测量圆柱面的圆度误差和径跳误差为例，阐述本发明的具体实施方法。