一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置制造方法及图纸

一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置，涉及点激光位移传感器。实验装置设有激光干涉仪、光路组件、六自由度固定架、点激光位移传感器、正弦规、分度盘、标准量块和数控加工中心，激光干涉仪和光路组件由磁力表架固定在数控加工中心的Z轴和工作台上，Z轴通过数控系统控制进行移动；六自由度固定架安装在数控加工中心的Z轴上，分度盘安装在工作台上，所述正弦规放置在点激光位移传感器正下方的分度盘上，随分度盘进行转角的旋转，入射倾角由正弦规、标准量块搭建，通过调整标准量块的高度达到调整入射倾角大小的目的，通过调整旋转分度盘和六自由度固定架调整入射转角、入射摆角的大小。

An experimental device for measuring error calibration of point laser displacement sensor

An experimental device for measuring error calibration of a point laser displacement sensor relates to a point laser displacement sensor. The experimental device is equipped with laser interferometer, optical path assembly, six-degree-of-freedom fixator, point laser displacement sensor, sine gauge, indexing disk, standard gauge block and CNC machining center. The laser interferometer and optical path assembly are fixed on Z axis and worktable of CNC machining center by magnetic force meter frame, Z axis is controlled by CNC system to move; The six-degree-of-freedom fixator is installed in CNC machining. On the Z axis of the center, the indexing plate is mounted on the worktable. The sinusoidal gauge is placed on the indexing plate directly below the point laser displacement sensor. The angle of incidence rotates with the indexing plate. The angle of incidence is constructed by a sinusoidal gauge and a standard gauge block. The angle of incidence is adjusted by adjusting the height of the standard gauge block. The angle of incidence is adjusted by adjusting the rotating indexing plate and the fixed frame with six degrees of freedom. Angle and incident pendulum angle.

【技术实现步骤摘要】
一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置
本技术涉及点激光位移传感器，尤其是涉及一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置。
技术介绍
激光测量作为极具发展前景的非接触式测量方法被广泛用于解决各类几何信息的测量问题。激光测量的基本工作原理为激光三角法，利用该原理制造的激光测量系统广泛用于测量物体表面轮廓、各类几何尺寸以及自由曲面形貌等。但激光三角法测量过程中也会有如下误差因素：1)成像系统误差，主要受横向放大倍率和物镜畸变的影响；2)数据处理误差和系统安装误差；3)温度、湿度等环境因素误差；4)被测表面特性变化引入的误差；主要包括被测表面颜色、粗糙度、测量倾角等误差因素引起的位移值偏离误差。其中对于现有点激光位移传感器而言，其数据的处理误差、系统安装误差、物镜畸变率、温度及湿度等环境因素均得到较高的控制。因此，影响激光三角测距精度的主要误差因素为被测表面特性变化引入的误差。查阅相关文献发现，点激光位移传感器在自由曲面测量中的应用(李兵,孙彬,陈磊,等.点激光位移传感器在自由曲面测量中的应用[J].光学精密工程,2015,23(7):1939-1947)文中从激光三角法入手，推导出入射倾角对点激光位移传感器测量精度的影响，并用倾角误差模型对测量结果进行补偿。但文献存在如下局限性：1)仅对入射倾角进行了具体分析，至于其他物面测量特性，如入射转角、入射摆角并未阐述。2)倾角误差实验针对特定且常用的倾角角度，并未作普遍性倾角实验。3)倾角误差实验的特殊性，使得文章没有通过实验得到一般性规律。综上所述，研究激光传感器测量过程中的误差影响因素及其误差补偿方法对其工业化推广应用意义重大。
技术实现思路
为克服点激光位移传感器在上述测量过程中出现的问题，本技术的目的在于提供一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置。本技术设有激光干涉仪、光路组件、六自由度固定架、点激光位移传感器、正弦规、分度盘、标准量块和数控加工中心；所述激光干涉仪和光路组件由磁力表架固定在数控加工中心的Z轴和工作台上，Z轴可通过数控系统控制进行移动；六自由度固定架安装在数控加工中心的Z轴上，分度盘安装在工作台上，所述正弦规放置在点激光位移传感器正下方的分度盘上，可随分度盘进行转角的旋转，入射倾角由正弦规、标准量块搭建，通过调整标准量块的高度达到调整入射倾角大小的目的，通过调整旋转分度盘和六自由度固定架调整入射转角、入射摆角的大小。本技术可采用以下实验方法：1)首先定义入射倾角、入射转角和入射摆角，入射倾角由正弦规、标准量块搭建，通过调整标准量块的高度达到调整入射倾角大小的目的，根据测量点、测量面、入射光束、测量面法线等几何关系定义入射转角、入射摆角及其正负号，通过调整旋转分度盘和六自由度固定架调整入射转角、入射摆角的大小；2)通过建立入射倾角转角与摆角数学模型，得到入射倾角转角与摆角之间的关系：可将入射摆角转换成一定数学关系的入射转角和倾角，要想求解入射摆角误差模型，即可通过建立入射倾角与转角误差模型，进而得到入射摆角误差模型；3)选取点激光位移传感器和激光干涉仪，结合数控系统搭建实验平台；4)调整点激光位移传感器和激光干涉仪光路组件，确保光路正常，分别通过调整量块高度、分度盘转角以及机床Z轴移动量，记录下点激光位移传感器和激光干涉仪的数值，获取点激光位移传感器在不同入射倾角、入射转角和测量深度下的误差值；5)将误差值与入射倾角和入射转角都为0°时的测量深度误差进行消除校正后，再利用四维模型分析方法，建立入射倾角、入射转角、测量深度以及测量误差的点激光位移传感器四维误差图，利用最小二乘法对各组入射倾角和转角下的测量深度误差进行拟合，最终完成点激光位移传感器测量误差校对实验。与现有技术相比，本技术构建了点激光位移传感器测量物面时的入射倾角、转角转角和入射摆角数学模型，推导出三者关系，为点激光位移传感器误差校对提供了理论支持。基于数学模型，搭建了误差校对实验装置，操作简单，针对性强，可以极大简化实验工作量。对实验结果进行了误差分析，得到了入射倾角、入射转角、入射摆角三个测量因素对测量误差的影响规律，为基于点激光位移传感器的工件非接触快速、精确检测技术提供保障。附图说明图1为本技术实施例的结构组成示意图。在图1中，各标记为：激光干涉仪1、光路组件2、六自由度固定架3、点激光位移传感器4、正弦规5、分度盘6、标准量块7和数控加工中心8。图2为点激光位移传感器入射倾角定义与调整示意图。图3为点激光位移传感器入射转角和摆角定义与调整示意图。图4为入射摆角与入射倾角及转角关系图。图5为点激光位移传感器四维误差图。在图5中，(a)为0～180°，(b)为0～-180°。图6为点激光位移传感器在不同倾角下转角的误差图。图7为倾角误差图(转角为0°)。具体实施方式以下实施例将结合附图对本技术作进一步说明。为克服点激光位移传感器在上述测量过程中出现的问题，本技术的目的在于提供一种点激光位移传感器测量误差校对实验装置，该装置可以有效地提高测量精度和效率，可以广泛地推向工业化应用。参见图1，本技术实施例设有激光干涉仪1、光路组件2、六自由度固定架3、点激光位移传感器4、正弦规5、分度盘6、标准量块7和数控加工中心8；所述激光干涉仪1和光路组件2由磁力表架固定在数控加工中心8的Z轴和工作台上，Z轴可通过数控系统控制进行移动；六自由度固定架3安装在数控加工中心8的Z轴上，分度盘6安装在工作台上，所述正弦规5放置在点激光位移传感器1正下方的分度盘6上，可随分度盘6进行转角的旋转，入射倾角由正弦规5、标准量块7搭建，通过调整标准量块7的高度达到调整入射倾角大小的目的，通过调整旋转分度盘6和六自由度固定架3调整入射转角、入射摆角的大小。如图2所示，在O-XYZ坐标系上，AC为正弦规长度，BC代表标准量块的高度，则正弦规的倾斜角度α可以通过调整标准量块的高度来获得，即在△ABC中：BC＝AC·sinα由式可知，正弦规不变，通过选取不同高度量块进行组合，即可搭建出一定的物面倾角。为了实现本技术所述的专利技术目的，本技术可采用以下实验方法：1、首先定义入射倾角、入射转角和入射摆角，入射倾角由正弦规5、标准量块7搭建，通过调整标准量块7的高度达到调整入射倾角大小的目的，根据测量点、测量面、入射光束、测量面法线等几何关系定义入射转角、入射摆角及其正负号，通过调整旋转分度盘6和六自由度固定架3调整入射转角、入射摆角的大小；首先对倾角、转角和摆角进行定义：如图3所示，P点为物面测量点，PN为物面法向，EP代表入射光束，PF为激光三角法接收光束，则△EPF代表点激光位移传感器测量平面，在XOZ平面上，定义入射光束EP与接收光速PF在物面法向PN异侧时(即倾斜方向对应于点激光位移传感器的光束接收面)，正弦规的角度为+正，同侧(即倾斜方向相反于点激光位移传感器的光束接收面)则为负。在YOZ平面上，定义入射光束EP与Z轴的夹角γ为测量摆角，其中Y轴方向为正，反之为负。在XOY平面上，定义入射光束点E'与接收光束点F'组成的连线与X轴的夹角β为测量转角，当测量平面△EPF与倾斜面△ABC共面且倾斜方向对应于点激光位移传感器的光束接收面时，夹角β为0°，逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置，其特征在于设有激光干涉仪、光路组件、六自由度固定架、点激光位移传感器、正弦规、分度盘、标准量块和数控加工中心；所述激光干涉仪和光路组件由磁力表架固定在数控加工中心的Z轴和工作台上，Z轴通过数控系统控制进行移动；六自由度固定架安装在数控加工中心的Z轴上，分度盘安装在工作台上，所述正弦规放置在点激光位移传感器正下方的分度盘上，随分度盘进行转角的旋转，入射倾角由正弦规、标准量块搭建，通过调整标准量块的高度达到调整入射倾角大小的目的，通过调整旋转分度盘和六自由度固定架调整入射转角、入射摆角的大小。

【技术特征摘要】
1.一种点激光位移传感器测量误差校对的实验装置，其特征在于设有激光干涉仪、光路组件、六自由度固定架、点激光位移传感器、正弦规、分度盘、标准量块和数控加工中心；所述激光干涉仪和光路组件由磁力表架固定在数控加工中心的Z轴和工作台上，Z轴通过数控系统控制进行移动；六自由度固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万山，张梦迪，林珮汝，张贺翔，卢杰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35