[发明专利]基于组合面型基准件的运动部件多参数检测方法

摘要

本发明公开了一种基于组合面型基准件的运动部件多参数检测方法，在沿Z轴设置的运动部件上安装光学测头，在与Z轴垂直的平台上卡固组合面型基准件，在所述组合面型基准件上设有曲面阵列和平面阵列，运动部件位于所述组合面型基准件的上方；运动部件带动光学测头从初始位置沿左右方向平移到曲面阵列上A_I、A_II处，通过测量点斜率对应的角度计算其坐标，进而计算运动部件在X、Y两个方向上的位移；同理，光学测头平移到平面阵列上的A_III处时，通过成像光斑在CCD相机中的位置，计算出运动部件绕X、Y两个方向的转角。本发明一次测量可以同时获得运动部件的四项参数，效率高，精度高，操作简单，为机床误差检测与辨识提供了新的思路。

主权项

1.一种基于组合面型基准件的运动部件多参数检测方法，其特征在于，在沿Z轴设置的运动部件上安装光学测头，在与Z轴垂直的平台上卡固组合面型基准件，在所述组合面型基准件上设有曲面阵列与平面阵列，运动部件位于所述组合面型基准件的上方；所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜、CCD相机以及数据处理模块，所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面阵列和平面阵列上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上；采用所述光学测头和所述组合面型基准件测量运动部件在X、Y两个方向上的位移和绕X、Y两个方向的转角，具体步骤如下：1)通过标定得出光学测头的光轴在CCD相机中的位置坐标O(x0，y0)，调整所述光学测头的光束和所述组合面型基准件上的曲面中心线以及平面法线平行；2)运动部件带动光学测头沿左右方向平移到曲面阵列上的第一位置AI处，此时曲面阵列上对应的测量点为A1(x1，y1，z1)，所述数据处理模块按照以下步骤进行数据处理：2.1)获取CCD相机中成像光斑中心位置坐标A1′(x1′，y1′)；2.2)将步骤2.1)中的光斑中心位置坐标A1′(x1′，y1′)转换为光斑中心距离光轴的距离S1x、S1y；2.3)计算测量点A1斜率对应的角度：ξx＝arctan(s1x/f)/2ξy＝arctan(s1y/f)/2其中：ξx代表测量点A1在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；ξy代表测量点A1在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；f代表成像透镜的焦距；2.4)计算测量点A1(x1，y1，z1)的坐标：x1＝g(ξx)y1＝g(ξy)其中：g(x)代表一元函数；3)运动部件带动光学测头沿左右方向平移到曲面阵列上的第二位置AII处，此时曲面阵列上对应的测量点为A2(x2，y2，z2)，数据处理过程同步骤2)，测量点A2(x2，y2，z2)的坐标为：x2＝g(φx)y2＝g(φy)其中：Φx代表测量点A2在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；Φy代表测量点A2在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；4)数据处理模块计算运动部件在X、Y两个方向上的位移：M＝g(φx)‑g(ξx)+PN＝g(φy)‑g(ξy)+Q其中：M代表运动部件在X方向的位移；N代表运动部件在Y方向的位移；P代表第i个曲面和第j个曲面的中心线在X方向的距离；Q代表第i个曲面和第j个曲面的中心线在Y方向的距离；5)运动部件带动光学测头沿左右方向平移到平面阵列上的第三位置AIII处，此时平面阵列上对应的测量点为A3(x3，y3，z3)，运动部件绕X、Y两个方向的转角为εx、εy，所述数据处理模块按照以下步骤进行数据处理：5.1)获取CCD相机中成像光斑中心位置坐标A3′(x3′，y3′)；5.2)将步骤5.1)中的光斑中心位置坐标A3′(x3′，y3′)转换为光斑中心距离光轴的距离S3x、S3y；5.3)计算运动部件在位置AIII处的两个转角：εx＝arctan(s3x/f)/2εy＝arctan(s3y/f)/2其中：εx代表运动部件在位置AIII处绕X轴的转角；εy代表运动部件在位置AIII处绕Y轴的转角；f代表成像透镜的焦距。