一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及平面夾角測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 角度是最常見的幾何量之一，角度測量技術(shù)按測量原理可以分為機(jī)械式、電磁式 和光學(xué)方法測角等。
[0003] 機(jī)械式測角的典型應(yīng)用是多齒分度盤。使用多齒分度盤測量角度，準(zhǔn)確度較高，但 由于多齒分度盤的齒數(shù)不可能無限增加，因此細(xì)分受到限制。常用兩組或多組分度盤疊放 在一起利用差動(dòng)法進(jìn)行細(xì)分。多齒分度盤有著測量精度高、結(jié)構(gòu)可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)， 但差動(dòng)多齒分度盤加工復(fù)雜、上下盤齒圈的同軸度較難保證。此外，其測量方式是手動(dòng)測 量，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0004] 電磁測角技術(shù)的主要應(yīng)用是圓磁柵和感應(yīng)同步器。利用圓磁柵測角時(shí)，圓磁柵與 被測件同時(shí)旋轉(zhuǎn)，通過靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的磁頭讀出磁柵記錄的磁信息，經(jīng)過處理得到角度值。感 應(yīng)同步器測角時(shí)，利用電磁感應(yīng)原理，將角位移量轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)輸出。電磁測角方式 不僅信號(hào)處理系統(tǒng)較復(fù)雜，而且測量方式為手動(dòng)測量，不易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0005] 光學(xué)測角方法包括圓光柵測角法、激光測角技術(shù)等。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的測 量任務(wù)，采用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)測角方法幾乎都能取得十分理想的精度。圓光柵測角技術(shù)是最常 用的測角技術(shù)之一，通過計(jì)算圓光柵轉(zhuǎn)過的柵距數(shù)便可得到轉(zhuǎn)角。圓光柵測角的優(yōu)點(diǎn)是測 量準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定可靠，但安裝時(shí)對(duì)心準(zhǔn)確度要求高，動(dòng)態(tài)測量時(shí)分辨力難以保證。激光測 角技術(shù)有著非接觸、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，但常常需要搭建復(fù)雜的光路，這不僅使測角難度加 大，更讓整個(gè)測量系統(tǒng)變得龐大、復(fù)雜。
[0006] 發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存下以下缺點(diǎn)和不足：
[0007] 現(xiàn)有的角度測量方法往往存在測量系統(tǒng)復(fù)雜，且測量裝置的安裝、定位要求較高， 并且難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，本發(fā)明克服了上述幾 何量測量技術(shù)應(yīng)用于平面夾角測量時(shí)的不足，實(shí)現(xiàn)了非接觸、快速、準(zhǔn)確地測出平面夾角， 詳見下文描述：
[0009] 一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，所述方法包括以下步驟：
[0010] 將由射線源組成的非接觸測量頭固定在機(jī)床主軸上，調(diào)節(jié)測量射線與機(jī)床主軸的 回轉(zhuǎn)軸線垂直，使得非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置；
[0011] 獲取第一出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點(diǎn)的坐標(biāo)（Xl，yl);
[0012] 獲取第二出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點(diǎn)的坐標(biāo)（x2, y2);
[0013] 通過第一出射點(diǎn)、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射點(diǎn)之 間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。
[0014] 所述獲取第一出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為：
[0015] 測量射線繞第一出射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第一出射點(diǎn)分別到第一平面和第二平面的距離。
[0016] 所述獲取第二出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為：
[0017] 測量射線繞第二出射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第二出射點(diǎn)分別到第一平面和第二平面的距離。
[0018] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：
[0019] 測量安全性：接觸式測量一般要求操作人員位于測量要素附近操作、讀數(shù)或引導(dǎo)， 很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。本方法采用的是非接觸測量方式，由射線源組成的非接觸測量頭遠(yuǎn)離 被測物表面，提高了測量的安全性。
[0020] 測量精確性：當(dāng)采用高精度激光位移傳感器作為射線源時(shí)，能夠快速、精確地測出 被測物到傳感器的距離。
[0021] 操作便利性：本方法采用的基于非接觸測量的測量裝置，最大外形尺寸小于被測 量，可方便進(jìn)出測量位置。本方法測量兩個(gè)平面夾角時(shí)，只需將測量射線置于兩個(gè)待測平面 間的任意位置，經(jīng)兩次測量，即可得到兩平面的夾角。這種便利性是大多數(shù)接觸式測量方法 所不具備的。
[0022] 可實(shí)現(xiàn)在機(jī)測量：將由測量射線源組成的非接觸測量頭安裝在機(jī)床上，利用機(jī)床 自身的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在機(jī)、精密測量。
【附圖說明】
[0023] 圖1為一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法的流程圖；
[0024] 圖2為射線族形成不意圖；
[0025] 圖3為平面夾角測量原理圖。
[0026] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0027] A :第一出射點(diǎn)； B :第二出射點(diǎn)；
[0028] 1 :測量射線； 2 :射線簇構(gòu)成的測量平面；
[0029] 3 :第一平面 4 :第二平面。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，參見圖1，該方法包括以下步驟：
[0033] 101 :獲取第一出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點(diǎn)的坐標(biāo) (xl, yl)；
[0034] 102:獲取第二出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點(diǎn)的坐標(biāo) (x2, y2)；
[0035] 103:通過第一出射點(diǎn)、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射 點(diǎn)之間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。
[0036] 其中，獲取用于標(biāo)注第一出射點(diǎn)與第二出射點(diǎn)之間距離的測量射線的步驟具體 為：
[0037] 把由射線源組成的非接觸測量頭固定在機(jī)床主軸上，調(diào)節(jié)測量射線與機(jī)床主軸的 回轉(zhuǎn)軸線垂直，把由射線源組成的非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置。 通過機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)分別獲取第一出射點(diǎn)與第二出射點(diǎn)的坐標(biāo)，并計(jì)算兩出射點(diǎn)之間的距 離。
[0038] 其中，分別獲取第一出射點(diǎn)、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面之間的距離的步驟 具體為：
[0039] 把由射線源組成的非接觸測量頭固定在機(jī)床主軸上，調(diào)節(jié)測量射線與機(jī)床主軸的 回轉(zhuǎn)軸線垂直，把由射線源組成的非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置。
[0040] 測量射線繞第一出射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第一出射點(diǎn)分別到第一平面和第二平面的距離；
[0041] 測量射線繞第二出射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線 段，為第二出射點(diǎn)分別到第一平面和第二平面的距離。
[0042] 通過上述的步驟101-103,實(shí)現(xiàn)了基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量，避免了接觸 式測量，提高了測量效率，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的需要。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，本實(shí)施例結(jié)合具體的原理示意圖詳 細(xì)描述該測量方法的操作步驟，參見圖2和圖3,該方法包括以下步驟：
[0045] 201 :如圖2所示，把由射線源組成的非接觸測量頭固定在機(jī)床主軸（回轉(zhuǎn)軸線） Z上，其中射線源可以發(fā)射具有測距功能的測量射線，如激光位移傳感器等，這里的機(jī)床主 軸包括可以旋轉(zhuǎn)并提供坐標(biāo)位置的所有立式機(jī)床的主軸。調(diào)節(jié)測量射線1與機(jī)床回轉(zhuǎn)軸線 (主軸）Z垂直，并保持機(jī)床主軸（回轉(zhuǎn)軸線）Z旋轉(zhuǎn)。
[0046] 202 :如圖3所示，將由射線源組成的非接觸測量頭置于兩待測平面間的任意位 置，保持Z軸坐標(biāo)不變。記下第一出射點(diǎn)A與第一平面、第二平面的距離dl、d2,以及機(jī)床 的坐標(biāo)（xl，yl);移動(dòng)由射線源組成的非接觸測量頭至任意位置B(設(shè)為第二出射點(diǎn)），記下 此時(shí)的機(jī)床坐標(biāo)（x2, y2)，并得到第二出射點(diǎn)B與第一平面、第二平面的距離d3、d4。
[0047] 203:通過第一出射點(diǎn)、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射 點(diǎn)之間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。如圖3所示。
[0048] 如果AC//第一平面3且AD//第二平面4,則有：
[0049] BC = d3-dl (1)
[0050] BD = d4-d2 (2)
[0051]
(3)
[0052] 第一平面3和第二平面4的夾角，也就是Z CAD，可表示為：
[0053]
(4)
[0054] 其中，AC為過A點(diǎn)垂直于d3的垂線段，其中C為垂足；AD為AD為過A點(diǎn)垂直于 d4的垂線段，其中D為垂足。
[0055] 綜上所述，實(shí)際應(yīng)用中，通過測量第一出射點(diǎn)、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面 之間的距離以及兩出射點(diǎn)之間的距離，就可以獲取到兩個(gè)平面之間的夾角，滿足了實(shí)際應(yīng) 用中的多種需要。
[0056] 本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制， 只要能完成上述功能的器件均可。
[0057] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例 序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0058] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 將由射線源組成的非接觸測量頭固定在機(jī)床主軸上，調(diào)節(jié)測量射線與機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn) 軸線垂直，使得非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置； 獲取第一出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點(diǎn)的坐標(biāo)（Xl，yl); 獲取第二出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點(diǎn)的坐標(biāo)（x2，y2); 通過第一出射點(diǎn)、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射點(diǎn)之間的 距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，其特征在于， 所述獲取第一出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為： 測量射線繞第一出射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線段，為 第一出射點(diǎn)分別到第一平面和第二平面的距離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，其特征在于， 所述獲取第二出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離的步驟具體為： 測量射線繞第二出射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，測量射線掃過第一平面和第二平面的最短測量線段，為 第二出射點(diǎn)分別到第一平面和第二平面的距離。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于射線簇的兩個(gè)平面夾角的測量方法，包括以下步驟：將由射線源組成的非接觸測量頭固定在機(jī)床主軸上，調(diào)節(jié)測量射線與機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)軸線垂直，使得非接觸測量頭置于第一平面、第二平面之間的任意位置；獲取第一出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第一出射點(diǎn)的坐標(biāo)；獲取第二出射點(diǎn)到第一平面、第二平面的距離，以及第二出射點(diǎn)的坐標(biāo)；通過第一、第二出射點(diǎn)與第一平面、第二平面之間的距離以及兩出射點(diǎn)之間的距離，獲取第一平面和第二平面之間的夾角。本方法采用的是非接觸測量方式，非接觸測量頭遠(yuǎn)離被測物表面，提高了測量的安全性；只需要兩次平移、兩次回轉(zhuǎn)測量頭即可得到兩平面夾角，操作簡單、方便，測量效率較高。
【IPC分類】G01B15/00, B23Q17/24
【公開號(hào)】CN104913742
【申請?zhí)枴緾N201510304333
【發(fā)明人】王仲, 李興強(qiáng), 付魯華, 吳翔宇, 吳振剛
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月5日