[go: up one dir, main page]

CN107036559A - 一种曲面斜率的测量方法 - Google Patents

一种曲面斜率的测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107036559A
CN107036559A CN201710397923.9A CN201710397923A CN107036559A CN 107036559 A CN107036559 A CN 107036559A CN 201710397923 A CN201710397923 A CN 201710397923A CN 107036559 A CN107036559 A CN 107036559A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
curved surface
ccd camera
slope
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710397923.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李杏华
邢艳蕾
房丰洲
黄银国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710397923.9A priority Critical patent/CN107036559A/zh
Publication of CN107036559A publication Critical patent/CN107036559A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种曲面斜率的测量方法，采用光学测头进行测量，所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，激光器发出的准直光束经孔径光阑缩成细直光束，细直光束经反射镜后入射到分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经分光棱镜透射后，通过成像透镜成像在CCD相机上，数据处理模块根据CCD相机中光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息。本发明利用自准仪的原理，针对包括平面在内的曲面，能够测得曲面上任意一点的切线斜率，对光学自由曲面形貌的检测及各种角度的测量有很大的应用空间，并且精度高，数据准确可靠。

Description

一种曲面斜率的测量方法
技术领域
本发明涉及一种曲面斜率的测量方法。
背景技术
在机床误差检测领域中，使用较为广泛的机床误差检测仪器有激光干涉仪和球杆仪，由于自身检测原理上的因素，这些仪器在应用于多轴数控机床的误差检测中存在各自的不足：如激光干涉仪调整复杂，一次测量只能获得一个参数，操作要求高，难以实现自动化、快速化，并且价格昂贵，一般企业不具备；球杆仪无法随意规划测量路径，为旋转轴误差辨识的测量步骤设计和理论解耦算法研究增加了难度，且球杆仪以磁力座配合精密球进行接触式测量，需要在低速下运动以保证测量精度，很难适应快速化趋势。一维球列适合各轴的直线标定，但对角度误差检测不具优势，而多轴机床各轴之间的相对误差对加工精度影响非常大。
针对复杂异型零件的加工，多轴数控加工技术凭借其灵活、高效、高精的特点得到了广泛应用和推广，为满足定期精度校准的需要，高效的机床误差检测与辨识方法就成为亟待解决的问题。
多轴数控机床的几何误差检测项目主要包括运动轴的角度误差、定位误差、直线度误差、垂直度误差等，为了检测运动轴的上述误差量，提出了一种基于曲面基准件的误差检测方法，采用这种方法需要检测不同面型基准件上各点的斜率，准直仪系统虽然可以对角度进行测量，但是自身光束光斑直径很大，对于测量曲面上任意一点的切线斜率来说，光斑直径越小测得的结果越接近实际测量点，因此需要针对曲面上各点的切线斜率检测开发一种曲面斜率的测量方法。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种曲面斜率的测量方法，采用该方法可以测得曲面上各点的切线斜率。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种曲面斜率的测量方法，采用光学测头进行测量，所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上；采用所述光学测头进行测量的方法为：根据所述CCD相机中光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息：ξx＝arctan(sox/f)/2，ξy＝arctan(soy/f)/2，其中：ξx代表测量点A在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；ξy代表测量点A在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；S0x代表成像光斑A′的中心在X轴方向距离系统光轴的距离；S0y代表成像光斑A′的中心在Y轴方向距离系统光轴的距离，f代表成像透镜的焦距。
本发明具有的优点和积极效果是：利用自准仪的原理，针对包括平面在内的曲面，能够测得曲面上任意一点的切线斜率，对光学自由曲面形貌的检测及各种角度的测量有很大的应用空间，并且精度高，数据准确可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光路原理图。
图中：1、激光器；2、孔径光阑；3、反射镜；4、分光棱镜；5、成像透镜；6、CCD相机。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种曲面斜率的测量方法，采用光学测头进行测量，所述光学测头包括激光器1、孔径光阑2、反射镜3、分光棱镜4、成像透镜5和CCD相机6。所述激光器1发出的准直光束经所述孔径光阑2缩成细直光束，细直光束经所述反射镜3后入射到所述分光棱镜4中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜4透射后，通过所述成像透镜5成像在所述CCD相机6上。
采用所述光学测头进行测量的方法为：根据所述CCD相机6中成像光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息：ξx＝arctan(sox/f)/2，ξy＝arctan(soy/f)/2，其中：ξx代表测量点A在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；ξy代表测量点A在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；S0x代表成像光斑A′的中心在X轴方向距离系统光轴的距离，光轴和成像光斑在CCD相机中的像素坐标可以通过数据处理模块测量获得，通过CCD相机中像素对应的尺寸，进而可以将X轴方向的像素坐标转换为位移量S0x；S0y代表成像光斑A′的中心在Y轴方向距离系统光轴的距离，光轴和成像光斑在CCD相机中的像素坐标可以通过数据处理模块测量获得，通过CCD相机中像素对应的尺寸，进而可以将Y轴方向的像素坐标转换为位移量S0y；f代表成像透镜的焦距。
本发明的工作原理为：
请参见图2，光束投射到曲面上任意一点时，由于各点的曲率不同，故不同测量点在CCD相机中的成像光斑位置不同，即曲面上各点切线的斜率与CCD相机中成像光斑的位置有一一对应的关系，根据CCD相机中成像光斑的位置可以求出曲面上任意一点的斜率。
以XOZ平面为例进行说明：
其中：ξx代表测量点A在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；
S0x代表成像光斑A′的中心在X轴方向距离系统光轴的距离；
f代表成像透镜的焦距。
通过式(1)可得：
ξx＝arctan(sox/f)/2
同理可得：
ξy＝arctan(soy/f)/2
因此可以获得曲面上任意一点在XOZ与YOZ平面内的斜率的信息。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种曲面斜率的测量方法，其特征在于，采用光学测头进行测量，所述光学测头包括激光器、孔径光阑、反射镜、分光棱镜、成像透镜和CCD相机，所述激光器发出的准直光束经所述孔径光阑缩成细直光束，细直光束经所述反射镜后入射到所述分光棱镜中，1/2能量的反射光束投射到曲面上的任意一点，该点反射的光束经所述分光棱镜透射后，通过所述成像透镜成像在所述CCD相机上；
采用所述光学测头进行测量的方法为：根据所述CCD相机中光斑的位置，计算曲面上该点的斜率信息：
ξx＝arctan(sox/f)/2，
ξy＝arctan(soy/f)/2，
其中：ξx代表测量点在XOZ平面内的切线与X轴方向的夹角；
ξy代表测量点在YOZ平面内的切线与Y轴方向的夹角；
S0x代表成像光斑的中心在X轴方向距离系统光轴的距离；
S0y代表成像光斑的中心在Y轴方向距离系统光轴的距离；
f代表成像透镜的焦距。
CN201710397923.9A 2017-05-31 2017-05-31 一种曲面斜率的测量方法 Pending CN107036559A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710397923.9A CN107036559A (zh) 2017-05-31 2017-05-31 一种曲面斜率的测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710397923.9A CN107036559A (zh) 2017-05-31 2017-05-31 一种曲面斜率的测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107036559A true CN107036559A (zh) 2017-08-11

Family

ID=59539912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710397923.9A Pending CN107036559A (zh) 2017-05-31 2017-05-31 一种曲面斜率的测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107036559A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107702664A (zh) * 2017-10-24 2018-02-16 北京信息科技大学 一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法
CN110887452A (zh) * 2019-12-05 2020-03-17 中国人民解放军国防科技大学 一种测量曲面物体目标位置表面倾角的方法
CN119533342A (zh) * 2024-11-21 2025-02-28 思达尔科技(武汉)有限公司 一种平面光反射物件的角度量测方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213909A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-04 Mtu Muenchen Gmbh Vorrichtung zur vermessung von kruemmungsprofilen von kanten
US20020146165A1 (en) * 2000-12-28 2002-10-10 Tilo Lilienblum Method of defining deviations of pixel positions
CN104296687A (zh) * 2014-11-05 2015-01-21 哈尔滨工业大学 基于荧光共焦显微技术的光滑大曲率样品测量装置与方法
CN106225715A (zh) * 2016-08-02 2016-12-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于非球面反射镜的五棱镜扫描检测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213909A1 (de) * 1992-04-28 1993-11-04 Mtu Muenchen Gmbh Vorrichtung zur vermessung von kruemmungsprofilen von kanten
US20020146165A1 (en) * 2000-12-28 2002-10-10 Tilo Lilienblum Method of defining deviations of pixel positions
CN104296687A (zh) * 2014-11-05 2015-01-21 哈尔滨工业大学 基于荧光共焦显微技术的光滑大曲率样品测量装置与方法
CN106225715A (zh) * 2016-08-02 2016-12-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于非球面反射镜的五棱镜扫描检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
房丰洲等: "基于光学自由曲面的三维位移测量系统", 《天津大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107702664A (zh) * 2017-10-24 2018-02-16 北京信息科技大学 一种基于半导体激光准直的反射式垂直度检测系统及方法
CN110887452A (zh) * 2019-12-05 2020-03-17 中国人民解放军国防科技大学 一种测量曲面物体目标位置表面倾角的方法
CN119533342A (zh) * 2024-11-21 2025-02-28 思达尔科技(武汉)有限公司 一种平面光反射物件的角度量测方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107234487B (zh) 基于组合面型基准件的运动部件多参数检测方法
CN107144248B (zh) 一种数控机床旋转台误差的标定方法
CN107289865A (zh) 一种基于曲面基准件的二维位移测量方法
CN2884141Y (zh) 一种激光六自由度同时测量装置
CN107091608B (zh) 一种基于曲面基准件的五自由度参数测量方法
CN103940348B (zh) 一种工作台运动误差多自由度检测的装置及方法
CN106595480A (zh) 用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量系统及方法
CN108908337A (zh) 基于数字散斑干涉的机械手重复定位精度测量装置和方法
Kuang et al. A four-degree-of-freedom laser measurement system (FDMS) using a single-mode fiber-coupled laser module
CN113091653B (zh) 基于五棱镜测量直线导轨角自由度误差的装置及方法
CN107101597A (zh) 一种旋转角测量系统的误差标定方法
CN110081823A (zh) 一种机床五自由度几何运动误差测量系统
CN207163401U (zh) 基于组合面型基准件的运动部件多参数检测系统
CN106425691A (zh) 基于激光干涉原理的精密主轴回转精度检测装置及方法
CN107036559A (zh) 一种曲面斜率的测量方法
CN209842399U (zh) 机床几何误差及旋转台转角定位误差检定装置
CN207163406U (zh) 一种基于曲面基准件的二维位移测量系统
CN209706746U (zh) 一种机床五自由度几何运动误差测量系统
CN106767403A (zh) 一种多光轴光学系统的光轴位置误差检测方法
CN109520443B (zh) 一种基于组合面型基准件的滚转角测量方法
CN112082514B (zh) 便携式角度测量仪及其使用方法
CN206756114U (zh) 一种用于曲面斜率测量的光学测头
CN206936963U (zh) 一种数控机床旋转台误差标定系统
CN118357776A (zh) 一种数控机床线性工作台五自由度运动误差测量装置与方法
TWI614481B (zh) 轉動角度量測裝置及加工系統

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170811

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication