一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法
本专利技术属于精密测量
，涉及一种测量任意表面法向误差的激光测量装置与方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术提供了一种测量任意表面法向误差的激光测量装置，其特这在于，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。本专利技术的有益效果在于，本专利技术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，阐述本专利技术的具体实施方法。1)采用的高精度的纳米平台对该曲面激光测量装置进行标定，标定时测头1-1测点位置与测量方向应与使用时一致。通过调整光斑到交叉簧片1-3交线的距离等于测量到交叉簧片1-3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；同时通过激光器姿态调整装置5调整激光器4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3垂直；搜索时刻采用先搜索俯仰角的最大值，然后搜索偏摆角的最大值，最后再检查一下俯仰角是否处在最大值处，如果没有可继续微调俯仰角，直到两个旋转方向姿态均达到光强最大值；2)接着通过调整固定座2的安装位置调整测头1的测量方向与零件工作面的法向一致，即圆柱面的径向；3)调整完毕后将激光器4以合适的力度锁紧；在恒温环境里通过轻敲、静置等措施，以释放安装及锁紧过程中产生的应力及平衡温度；4)在示值稳定后，驱动圆柱零件匀速旋转，并通过数据采集与显示模块6采集光斑到接收器距离的变动量，即为测点位置的径向位移量；测量过程中同时考虑温度误差的补偿；5)以圆柱面零件的回转角度为横坐标，测点位置的径向位移量为纵坐标画出误差曲线，曲线最大幅值即为圆柱面的径跳误差，消除误差曲线的一次谐波分量得到的残差即为该圆柱面的圆度误差。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量任意表面法向误差的激光测量装置，其特这在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种测量任意表面法向误差的激光测量装置，其特这在于，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。2.根据权利要求1所述的测量任意表面法向误差的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌四营，蔡引娣，陈义磊，毛平，王晓东，王立鼎，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21