專利名稱：一種測量超長導(dǎo)軌直線度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量導(dǎo)軌尤其是超長導(dǎo)軌直 線度的方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，超長度導(dǎo)軌正越來越多的在多個(gè)領(lǐng)域被應(yīng)用，如機(jī)床設(shè)備、傳送裝置、鐵路軌道等。而直線度是導(dǎo)軌最重要的技術(shù)指標(biāo)，其精度的高低直接關(guān)系著設(shè)備的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。目前，測試導(dǎo)軌直線度的方法很多，一般有三種方法，分別為水平儀測量法、自準(zhǔn)直儀測量法和激光干涉儀測量法。水平儀測量法是ー種傳統(tǒng)的直線度測量手段，它操作簡單、使用方便、成本較低。但是其測量精度較低，一般只能達(dá)到20Mm/m。用水平儀測量法，需要圖解法求解導(dǎo)軌直線度誤差，數(shù)據(jù)的采集和分析很容易出錯(cuò)，該方法需要手動(dòng)采集導(dǎo)軌上某些固定采樣點(diǎn)坐標(biāo)，因此對于超長導(dǎo)軌直線度的測量實(shí)現(xiàn)起來非常困難。自準(zhǔn)直儀測量法的精度相對水平儀測量法有所提高，一般為5Mm/m，但是還難于滿足高精度導(dǎo)軌直線度的測試要求。此外，由于測試光線在空氣中并非絕對準(zhǔn)直，測量范圍越大，其偏差就越大，因此對于超長導(dǎo)軌的測量，其測量誤差就很大。激光干涉儀測量法測量距離大、測試精度較高，測量精度一般可到達(dá)0. 4Mm/m。但是對于超長導(dǎo)軌的測量，由于光路過長，空氣擾動(dòng)、振動(dòng)等一系列因素將會對測量產(chǎn)生很大的影響，且該方法的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算等比較復(fù)雜，因此很難高精度的完成對超長導(dǎo)軌直線度的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有測量方法測量精度低、誤差大，并且存在數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算比較復(fù)雜的問題，提供一種測量超長導(dǎo)軌直線度的方法。一種測量超長導(dǎo)軌直線度的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、在超長導(dǎo)軌上規(guī)劃N個(gè)測試采樣點(diǎn)，所述N個(gè)測試采樣點(diǎn)的間距相等，所述N為正整數(shù)；步驟ニ、將球形固定反射器吸附在反射器基座上，反射器基座吸附在導(dǎo)軌滑座上，所述導(dǎo)軌滑座沿超長導(dǎo)軌的長度方向放置在步驟一所述的超長導(dǎo)軌的第一個(gè)測試采樣點(diǎn)處；步驟三、調(diào)整激光跟蹤儀，使激光跟蹤儀出射的光束經(jīng)球形固定反射器后返回激光跟蹤儀，所述激光跟蹤儀獲得第一個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息；步驟四、移動(dòng)導(dǎo)軌滑座至下ー個(gè)測試采樣點(diǎn)，激光跟蹤儀依次采集每個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息；實(shí)現(xiàn)對N個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集；步驟五、采用最小ニ乘擬合算法對步驟四采集的N個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直線度計(jì)算，獲得超長導(dǎo)軌的直線度。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過擴(kuò)充激光干渉儀的現(xiàn)有功能，能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對超長導(dǎo)軌直線度的測量；本發(fā)明所述的方法數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)操作簡便、測試時(shí)間短、數(shù)據(jù)處理簡單、測試成本低以及測試效率很高。


圖1為本發(fā)明所述的ー種測量超長導(dǎo)軌直線度方法中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述的ー種測量超長導(dǎo)軌直線度方法的流程圖；圖3為本發(fā)明所述的ー種測量超長導(dǎo)軌直線度方法的效果圖。
圖中，1、激光跟蹤儀，2、超長導(dǎo)軌，3、球形固定反射器，4、反射器基座，5、導(dǎo)軌滑座。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，一種測量超長導(dǎo)軌直線度方法，其中，該方法涉及的裝置主要包括激光跟蹤儀1、超長導(dǎo)軌2、球形固定反射器3、反射器基座4和導(dǎo)軌滑座5 ;該方法的具體過程為一、規(guī)劃測試點(diǎn)；按照等間隔，在超長導(dǎo)軌2上規(guī)劃若干測試采樣點(diǎn)；ニ、調(diào)節(jié)光路；將反射器基座4 (有磁性)吸附在導(dǎo)軌滑座5上，將球形固定反射器3吸附在反射器基座4上，由于是磁性吸附，三者之間的連接非常平穩(wěn)，連接完畢后，調(diào)節(jié)光路，使激光跟蹤儀I對準(zhǔn)第一個(gè)測試點(diǎn)，由于導(dǎo)軌滑座5與超長導(dǎo)軌面是平行的，因此，測量不同位置導(dǎo)軌滑座面上的點(diǎn)的起伏就反映導(dǎo)軌的直線度。三、測試點(diǎn)測量；用激光跟蹤儀I對準(zhǔn)測試第一個(gè)測試點(diǎn)，記錄并采集到第一個(gè)測試點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)(XpYdZ1),通過數(shù)控機(jī)構(gòu)等間隔調(diào)整移動(dòng)導(dǎo)軌滑座5，激光跟蹤儀I將會一直跟蹤球形固定反射器3，從而可以測定并采集到其它測試點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)(X2, Y2, Z2)、(X3, Y3, Z3)…(XN, Yn, Zn)(假設(shè)共有 N 個(gè)測試點(diǎn))。四、數(shù)據(jù)判定；判定數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠，若測量數(shù)據(jù)壞點(diǎn)較多，則重新調(diào)節(jié)光路，對測試點(diǎn)進(jìn)行再次測量和數(shù)據(jù)采集；如數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，則進(jìn)行直線度計(jì)算。其中，所述的數(shù)據(jù)壞點(diǎn)具體指，設(shè)定閾值，由于閾值與所測量的超長導(dǎo)軌2本身的精度有關(guān)，對于高精度超長導(dǎo)軌的測量，閾值一般為lOMffl，對于中低精度超長導(dǎo)軌的測量，閾值一般為50Mm。五、直線度計(jì)算；N個(gè)測試點(diǎn)是空間直線上的多個(gè)離散點(diǎn)，對這些點(diǎn)進(jìn)行最小ニ乘擬合即可得到一條空間直線，結(jié)合圖3，這是一條包容實(shí)際線的最小圓柱面的直線，圓柱的直徑值D即為空間直線的直線度，即為導(dǎo)軌的直線度，這是導(dǎo)軌沿兩個(gè)方向綜合的直線度。六、直線度分離；將測量得到的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)分別投影到導(dǎo)軌的兩個(gè)基面上結(jié)合圖1中，可以選擇導(dǎo)軌滑座5表面(基面I)和與其相互垂直的另ー個(gè)平面(基面2)，在兩個(gè)基面上即可得到一系列離散點(diǎn)，在各自基面上分別對這些離散點(diǎn)進(jìn)行直線擬合，即可得到兩條直線的直線度，即為導(dǎo)軌分別沿兩個(gè)方向上的直線度。本實(shí)施方式所述的激光跟蹤儀I是ー種高精度、大容量的便攜式三維坐標(biāo)測量設(shè)備，激光跟蹤儀I發(fā)射出激光束，光束經(jīng)球形固定反射器3回到激光跟蹤儀I。通過水平和垂直兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角編碼器和一個(gè)基于激光的距離測量系統(tǒng)，激光跟蹤儀I能夠確定球形固定反射器3目標(biāo)的位置。球形固定反射器3 (SMR)是激光跟蹤儀I的目標(biāo)，所述球形固定反射器3包含三個(gè)相互垂直的、定位到SMR中心點(diǎn)的反射鏡。激光跟蹤儀I實(shí)時(shí)的跟蹤、定位SMR的位置，所有打入到SMR的光束與入射光平行偏移的方式返回。激光跟蹤儀I內(nèi)位置傳感器探測到反射的光束的位置并驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)使跟蹤儀始終瞄準(zhǔn)SMR的中心位置。這個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)毎秒更新1000次，并使得跟蹤頭跟蹤靶標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)。激光跟蹤儀I通兩個(gè)高精度的旋轉(zhuǎn)角編碼器測量水平轉(zhuǎn)角和垂直轉(zhuǎn)角，水平的或方位角編碼器位于柱型激光跟蹤儀的底部，它的分辨率為0. 02弧度 秒(5. 5X 10_6度)。垂直的或頂點(diǎn)軸編碼器定位于激光跟蹤儀I的跟蹤頭的垂直頂部(跟蹤頭內(nèi)部)，且具有相同的分辨率。位置感應(yīng)探測器(PSD)同樣部分的測量目標(biāo)的角度位置。激光跟蹤儀I從角度編碼器和PSD上取得信息后通過運(yùn)動(dòng)模式傳遞信息出去。這個(gè)模式包含兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的和兩個(gè)平移的參數(shù)，這可以消除激光跟蹤儀I的系統(tǒng)誤差。本實(shí)施方式所述的激光跟蹤儀I 一般用來測量物體之間的相對位置關(guān)系，但是可以拓寬其功能，實(shí)現(xiàn)對超長導(dǎo)軌直線度的測量。由于使用激光技術(shù)，其測量范圍可達(dá)230英尺(70米)，激光跟蹤儀I的高精度選項(xiàng)-干涉儀(IFM)的最大允許誤差為 2u m+L (). m/m，其中L為激光跟蹤儀與超長導(dǎo)軌之間的距離。因此，本實(shí)施方式利用激光跟蹤儀I測量超長導(dǎo)軌2的長度將可以達(dá)到70m，檢測精度為0. 4Mm/m。
權(quán)利要求
1.一種測量超長導(dǎo)軌直線度的方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、在超長導(dǎo)軌(2)上規(guī)劃N個(gè)測試采樣點(diǎn)，所述N個(gè)測試采樣點(diǎn)的間距相等，所述N為正整數(shù)； 步驟二、將球形固定反射器(3)吸附在反射器基座(4)上，反射器基座(4)吸附在導(dǎo)軌滑座(5)上，所述導(dǎo)軌滑座(5)沿超長導(dǎo)軌的長度方向放置在步驟一所述的超長導(dǎo)軌的第一個(gè)測試米樣點(diǎn)處； 步驟三、調(diào)整激光跟蹤儀(1)，使激光跟蹤儀(I)出射的光束經(jīng)球形固定反射器(3)后返回激光跟蹤儀(1)，所述激光跟蹤儀(I)獲得第一個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息； 步驟四、移動(dòng)導(dǎo)軌滑座(5)至下一個(gè)測試采樣點(diǎn)，激光跟蹤儀(I)依次采集每個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息；實(shí)現(xiàn)對N個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集； 步驟五、采用最小二乘擬合算法對步驟四采集的N個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直線度計(jì)算，獲得超長導(dǎo)軌(2)的直線度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量超長導(dǎo)軌直線度的方法，其特征在于，在步驟五之前，還包括對N個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷的過程，當(dāng)測量的測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息大于閾值時(shí)，則執(zhí)行步驟三，所述閾值的范圍是IOMm至50Mm。
全文摘要
一種測量超長導(dǎo)軌直線度的方法，涉及一種測量導(dǎo)軌尤其是超長導(dǎo)軌直線度的方法，解決現(xiàn)有測量方法測量精度低、誤差大，并且存在數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算比較復(fù)雜的問題，本發(fā)明所述的方法通過激光跟蹤儀測量、采集超長導(dǎo)軌上若干數(shù)據(jù)點(diǎn)，對這些數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行空間直線擬合，采用最小二乘擬合算法對采集的N個(gè)測試采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直線度計(jì)算，即可得到導(dǎo)軌的直線度；本發(fā)明所述的方法數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)操作簡便、測試時(shí)間短、數(shù)據(jù)處理簡單、測試成本低以及測試效率很高。
文檔編號G01B11/27GK103017690SQ20121048792
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者王孝坤 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所