一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统以及测量方法技术方案

本发明专利技术属于高精度测量技术领域，特指一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统以及测量方法。包括：XY定位平台，具有X方向移动的X向驱动平台以及Y方向移动的Y向驱动平台；旋转台，设置在XY定位平台上，用于Z向旋转；手调台，设置在旋转台上，且具有装夹环形薄壁工件的工件载具，用于微调环形薄壁工件的位置；Z向驱动平台，用于Z方向移动；两个传感器调节装置，安装在Z向驱动平台上；以及两个距离传感器，安装在传感器调节装置上，且距离传感器的光路相互对齐。本发明专利技术通过两个距离传感器测量环形薄壁工件的中心线与旋转台转轴轴线之间的偏移距离以及偏移角度，并通过手调台消除，从而提高工件的测量精度。工件的测量精度。工件的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统以及测量方法


[0001]本专利技术属于高精度测量
，特指一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统以及测量方法。

技术介绍

[0002]环形薄壁工件是国防、航空、信息电子、光学系统中不可或缺的组件，环形薄壁工件的圆柱度、壁厚差、形貌误差等极大地影响了系统的性能。实现对环形薄壁工件壁面精确、稳定的测量，从而提高环形薄壁工件的加工精度是提高系统性能的重要手段。
[0003]在环形薄壁工件的单传感器测量系统中，旋转台的定位误差是重要的误差来源，旋转台的定位误差直接导致了环形薄壁工件内外壁测量数据的拼接误差，使测量数据不能准确地反映壁厚差。
[0004]且在双传感器测量系统中，待测工件的偏心与倾角误差、以及双传感器的测量光路的偏离，都直接导致了环形薄壁工件的测量误差，这种误差在精密测量系统中更为显著与关键。如何通过使用双传感器测量有效的抑制与分解环形薄壁工件的偏心和倾角误差、以及双传感器的测量光路的偏离，对于环形薄壁工件的精密测量有着更为重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种结构简单、精度高的双传感器测量系统以及测量方法。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：
[0007]一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，包括：
[0008]XY定位平台，具有X方向移动的X向驱动平台以及Y方向移动的Y向驱动平台；
[0009]旋转台，设置在XY定位平台上，用于Z向旋转；
[0010]手调台，设置在旋转台上，且具有装夹环形薄壁工件的工件载具，用于微调环形薄壁工件的位置；
[0011]Z向驱动平台，用于Z方向移动；
[0012]两个传感器调节装置，安装在Z向驱动平台上，用于调节距离传感器的位置；以及
[0013]两个距离传感器，安装在传感器调节装置上，且距离传感器的光路相互对齐，用于测量距离传感器到环形薄壁工件内外壁的距离。
[0014]优选地，所述距离传感器为色散共焦传感器。
[0015]优选地，还包括标准球，可安装在手调台上，用于两个距离传感器的光路对齐。
[0016]优选地，所述手调台包括用于X向移动的X向平移微调组件、用于Y向移动的Y向平移微调组件、用于绕X向旋转的X向倾角台以及用于绕Y向旋转的Y向倾角台。
[0017]优选地，所述传感器调节装置包括用于Z向移动的Z向平动微调组件、用于X向移动的X向平动微调组件、用于绕Z向旋转的Z向角度微调组件以及用于绕Y向旋转的Y向角度微调组件。
[0018]一种用于环形薄壁工件的双传感器测量方法，基于上述的用于环形薄壁工件的双
传感器测量系统，其包括以下步骤：
[0019]第一步：安装环形薄壁工件至工件载具；
[0020]第二步：移动XY定位平台，使环形薄壁工件移动至两个距离传感器的下方；移动Z向驱动平台，使两个距离传感器移动至环形薄壁工件的水平截面a所在的薄壁处；
[0021]第三步：通过控制旋转台旋转和X向驱动平台平移测量环形薄壁工件，并记录距离传感器的读数，根据几何关系计算出环形薄壁工件在水平截面a处圆心相对于旋转台旋转轴线的偏心坐标O
a
(x
a
，y
a
，z
a
)；
[0022]第四步：移动Z向驱动平台，使两个距离传感器移动至环形薄壁工件的水平截面b所在的薄壁处；
[0023]第五步：通过控制旋转台旋转和X向驱动平台平移，测量环形薄壁工件，并记录距离传感器的读数，根据几何关系计算出环形薄壁工件在水平截面b处圆心相对于旋转台的旋转轴线的偏心坐标O
b
(x
b
，y
b
，z
b
)；
[0024]第六步：根据水平截面a和水平截面b处圆心的偏心坐标，计算环形薄壁工件的中心轴在YZ平面的倾角α以及在XZ平面上的倾角β，公式如下：
[0025][0026]第七步：根据倾角α和β，分别调节手调台绕X轴、Y轴旋转的自由度，使得环形薄壁工件106的中心轴与旋转台的旋转轴线平行，实现测量环形薄壁工件的倾角调节。
[0027]第八步：控制旋转台旋转和X向驱动平台平移测量环形薄壁工件，并记录色散共焦传感器读数，根据几何关系计算出环形薄壁工件在水平截面b处圆心相对于旋转轴线的偏心坐标为(x
b1
，y
b1
，z
b
)；那么根据x
b1
和y
b1
调节手调台，可以消除X、Y方向上的偏心距离，进而使环形薄壁工件的中心轴与旋转台的旋转轴线重合，实现对心。
[0028]第九步：需要控制Z定位平台平移和旋转台转动实现双位移传感器对环形薄壁工件的螺旋扫描测量。
[0029]优选地，在测量环形薄壁工件之前，首先进行两个位移传感器的光路对齐操作：
[0030]首先，将标准球安装在手调台上，通过移动X向驱动平台、Y向驱动平台以及Z向驱动平台，使标准球移动至两个位移传感器之间；
[0031]其次，再通过调节传感器调节装置，使两个位移传感器的光路对准标准球的球心；
[0032]最后，拆除标准球。
[0033]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：
[0034]1、本专利技术通过两个距离传感器测量环形薄壁工件的中心线与旋转台转轴轴线之间的偏移距离以及偏移角度，并通过手调台消除，从而提高工件的测量精度。
[0035]2、本专利技术使用双色散共焦传感器对环形薄壁工件的内外壁进行测量，能提高测量效率，并克服单传感器测量中内外壁测量数据的拼接误差，具有非常高的测量精度，适合高精度零件的测量。
[0036]3、本专利技术通过手调台可以减小环形薄壁工件中心线与旋转台转轴轴线之间的倾
角至
±
0.1
°
，同时也可以减小环形薄壁工件中心线与旋转台转轴轴线之间的偏心至亚微米量级。
[0037]4、本专利技术通过标准球以及传感器调节装置，可以减小双传感器测量光路的偏离至微米量级，有效提高了检测光路的对齐精度，进而提升了位移传感器的测量精度。
附图说明
[0038]图1是本专利技术双传感器测量系统的结构示意图。
[0039]图2是本专利技术双传感器光路对齐的结构示意图。
[0040]图3是环形薄壁工件对心的原理示意图。
[0041]图4是双位移传感器移动至环形薄壁工件的薄壁处的示意图。
[0042]图5是双位移传感器对环形薄壁工件进行螺旋扫描测量的示意图。
[0043]图中标号所表示的含义：
[0044]101
‑
Y向驱动机构；102
‑
X向驱动机构；103
‑
旋转台；104
‑
手调安装位；105
‑
手调台；106
‑
环形薄壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，其特征在于，包括：XY定位平台，具有X方向移动的X向驱动平台(102)以及Y方向移动的Y向驱动平台(101)；旋转台(103)，设置在XY定位平台上，用于Z向旋转；手调台(105)，设置在旋转台(103)上，且具有装夹环形薄壁工件(106)的工件载具，用于微调环形薄壁工件(106)的位置；Z向驱动平台(109)，用于Z方向移动；两个传感器调节装置，安装在Z向驱动平台(109)上，用于调节距离传感器(107)的位置；以及两个距离传感器(107)，安装在传感器调节装置上，且距离传感器(107)的光路相互对齐，用于测量距离传感器(107)到环形薄壁工件(106)内外壁的距离。2.根据权利要求1所述的一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，其特征在于：所述距离传感器(107)为色散共焦传感器。3.根据权利要求1所述的一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，其特征在于：还包括标准球(116)，可安装在手调台(105)上，用于两个距离传感器(107)的光路对齐。4.根据权利要求1所述的一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，其特征在于：所述手调台(105)包括用于X向移动的X向平移微调组件、用于Y向移动的Y向平移微调组件、用于绕X向旋转的X向倾角台(110)以及用于绕Y向旋转的Y向倾角台(111)。5.根据权利要求1所述的一种用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，其特征在于：所述传感器调节装置包括用于Z向移动的Z向平动微调组件(112)、用于X向移动的X向平动微调组件(113)、用于绕Z向旋转的Z向角度微调组件(114)以及用于绕Y向旋转的Y向角度微调组件(115)。6.一种用于环形薄壁工件的双传感器测量方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
5任一项所述的用于环形薄壁工件的双传感器测量系统，其包括以下步骤：第一步：安装环形薄壁工件(106)至工件载具；第二步：移动XY定位平台，使环形薄壁工件(106)移动至两个距离传感器(107)的下方；移动Z向驱动平台(109)，使两个距离传感器(107)移动至环形薄壁工件(106)的水平截面a所在的薄壁处；第三步：通过控制旋转台(103)旋转和X向驱动平台(102)平移测量环形薄壁工件(106)，并记录距离传感器(107)的读数，根据几何关系计算出环形薄壁工件(106)在水平截面a处圆心相对于旋转台(103)旋转轴线的偏心坐标O
a
(x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远流，胡朋，高智远，居冰峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：