專利名稱：偏角的精密測量方法
偏角的精密測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量方法，尤其是涉及一種測量偏轉(zhuǎn)角度的方法。背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，對加工精度的要求越來越高，對很多零部件某些部 位的平行度加工要求也非常高。如隨著硬盤技術(shù)的飛速發(fā)展，硬盤轉(zhuǎn)速要 求越來越高，伴隨而來的是對硬盤驅(qū)動架的精度要求也越來越高，其中對驅(qū) 動架裝磁頭部位的偏角(即平行度)要求尤其嚴(yán)格，因此需要對偏角進(jìn)行精
密測量。通常情況下是采用推表或用CMM機(Coordinate Measuring Machining,三坐標(biāo)測量機)測量，由于硬盤驅(qū)動架是長而薄的懸臂結(jié)構(gòu)，這 種接觸式測量由于存在接觸力，會大大降低測量精度，且是逐點測量,速度 很慢。逐點測量時取點的位置也會因為操作人員不同而有差異，導(dǎo)致測量 結(jié)果不精確。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種精確測 量偏角的方法，本發(fā)明還可以提供一種快速測量偏角的方法。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種偏角的精密測量方法，其特征在于包含以下步驟 發(fā)射激光；
測量激光與待測物的待測面呈不同角度時待測面的投影高度； 根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得出待測面的偏角。 其中測量激光與待測物的待測面呈不同角度時待測面的投影高度包 含以下步驟
測量待測面在某一橫截面上的第一端點相對于基準(zhǔn)面的投影高
度；
發(fā)射的所述激光與待測面繞一 固定的旋轉(zhuǎn)中心相對旋轉(zhuǎn)不同的角
度；
測出不同角度時待測面第 一端點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度；
重復(fù)上述步驟，測出不同角度時待測面在同一橫截面上的第二端 點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度。
其中根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得出待測面的偏角包含以下步驟
將上述投影高度值和旋轉(zhuǎn)角度值輸入計算模塊，計算得出所述角 度與待測面第一端點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度的關(guān)系曲線1或第二端 點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度的關(guān)系曲線2;
根據(jù)所述關(guān)系曲線1與關(guān)系曲線2計算出待測面相對于所述基準(zhǔn) 面的偏角XI。
其中測量待測面第一端點或第二端點相對于基準(zhǔn)面的投影高度時， 發(fā)射的所述激光與待測面相對旋轉(zhuǎn)至少二次，所述關(guān)系曲線1或關(guān)系曲線 2是根據(jù)下列方程式求出
Y=rsin(a+X) +c
Y:第一端點或第二端點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度； X:以所述旋轉(zhuǎn)中心為圓心，發(fā)射的激光與待測面相對旋轉(zhuǎn)的角度； c:所述旋轉(zhuǎn)中心與所述基準(zhǔn)面的高度差； r:第 一端點或第二端點與所述旋轉(zhuǎn)中心之間的半徑； a:在初始狀態(tài)下，連接第一端點或第二端點與旋轉(zhuǎn)中心，該連線與所 述基準(zhǔn)面的夾角。
其中測量待測面第一端點或笫二端點相對于基準(zhǔn)面的投影高度時， 發(fā)射的所述激光與待測面相對旋轉(zhuǎn)至少五次，所述關(guān)系曲線1和關(guān)系曲線 2根據(jù)最小二乘法擬合得出。
其中發(fā)射的所述激光與待測面繞一固定的旋轉(zhuǎn)中心相對旋轉(zhuǎn)不同的 角度時所述待測物體固定，發(fā)射的所述激光轉(zhuǎn)動。
出的激光轉(zhuǎn)動。
其中發(fā)射的所述激光與待測面繞一固定的旋轉(zhuǎn)中心相對旋轉(zhuǎn)不同的
角度時所述激光方向固定，所述待測物體轉(zhuǎn)動。
其中還包含以下步驟
測量;^文置所述待測物體的安置臺相對于所述基準(zhǔn)面的偏角X0;
測量出所述偏角XI后，根據(jù)偏角XI和偏角X0的差得出所述待測面相 對于基準(zhǔn)面的偏角。
其中所述安置臺相對于所述基準(zhǔn)面的偏角X0是通過重復(fù)權(quán)利要求1 的步驟對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測量獲得。
本發(fā)明具有以下有益效果
1. 本發(fā)明采用非接觸方式進(jìn)行測量，可以排除取點的人為因素的影響， 提高精度；
2. 本發(fā)明釆用激光測量，可以在短時間內(nèi)獲得多角度下不同的投影高 度值并通過計算模塊進(jìn)行計算，快速測量偏角；
3. 本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行調(diào)校，消除機器自身的影響，進(jìn)一步提高精度。


圖1 為本發(fā)明待測物體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明激光測量儀與待測物體的位置示意圖
圖3 為本發(fā)明激光測量儀與待測物體相對旋轉(zhuǎn)示意圖
圖4為本發(fā)明曲線方程推導(dǎo)示意圖
圖5為本發(fā)明偏角與投影高度的曲線關(guān)系示意圖
其中
I- 待測物體 12-中懸臂 22-激光接收頭
II- 上懸臂 13-下懸臂 3-基準(zhǔn)面
III- 第二端點 2-激光測量儀 4-旋轉(zhuǎn)中心 112-第 一端點 21-激光發(fā)射頭
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一 步的說明。
具體實施方式
本發(fā)明的主要原理是采用高精度激光測量儀(或CCD測量儀器，CCD
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為電荷耦合器件)，結(jié)合高精度轉(zhuǎn)動平臺，測量出被測物體的相應(yīng)點的高度 值，通過建立的特定數(shù)學(xué)模型換算得到角度值。
如圖1所示，待測物體1以硬盤驅(qū)動架為例，其有上懸臂11、中懸臂
12和下懸臂13。這三個懸臂架上用于安裝讀寫硬盤的磁頭，硬盤的磁碟在 相鄰懸臂架之間的空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)。目前磁盤的轉(zhuǎn)速已經(jīng)由以前的7000多轉(zhuǎn)/ 分鐘上升到了 12000-15000轉(zhuǎn)/分鐘，對懸臂架的平行度提出了更高的要 求，懸臂架不能有大的偏角，否則容易對高速^5走轉(zhuǎn)下的i茲盤產(chǎn)生損傷。因 此在出廠前需要對懸臂架的偏角(或平行度)進(jìn)行精密檢測。 本發(fā)明的測量原理如下
如圖2所示，激光測量儀2包含激光發(fā)射頭21和激光接收頭22,待 測物體1硬盤驅(qū)動架放置在激光發(fā)射頭21和激光接收頭22之間。三個懸 臂架表面平整，初始狀態(tài)下，三個懸臂架與基準(zhǔn)面3g本平行的，激光 束在垂直于基準(zhǔn)面3及三個懸臂架發(fā)射。在激光束照射后，懸臂架會在激 光接收頭22留下與懸臂架厚度相應(yīng)的陰影。以上懸臂11的上表面某一橫 截面為例，如果其與基準(zhǔn)面3不平行，存在偏角，那么第二端點lll和第 一端點112的就不會在同一個高度。當(dāng)激光束從左右不同的方向發(fā)出時， 第二端點111和第一端點112的投影高度會不同。當(dāng)激光束激光測量儀2 與待測物體1相對轉(zhuǎn)動一定角度，同一端點的投影高度會發(fā)生相應(yīng)變化。
如圖3所示，假設(shè)激光測量儀2與待測物體1相對旋轉(zhuǎn)中心4逆時針 轉(zhuǎn)動，上懸臂架ll上表面在某一橫截面的第一端點112,其在激光接收頭 22上相對于基準(zhǔn)面3的投影高度為Y，旋轉(zhuǎn)中心4與基準(zhǔn)面3的高度差為c, 第一端點112與旋轉(zhuǎn)中心4之間的半徑為r。在初始狀態(tài)，待測物體1與 激光測量儀2未發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，連接笫一端點112與旋轉(zhuǎn)中心4，該連 線與基準(zhǔn)面3的夾角為a。
在激光測量儀2相對于待測物體1的轉(zhuǎn)動角度X的情況下，對于第一 端點112,其相對于基準(zhǔn)面3的高度可用下面的算式表達(dá)
Y=rsin(a+X)+c (1)
上式中，Y、 X為已知數(shù)，r、 a、 c均為未知數(shù)，因此需要測量三次，
獲得三組方程以求解出方程式中的常量，從而得出第一端點112相對于基 準(zhǔn)面3的高度的表達(dá)式。從表達(dá)式(l)可知，該方程式為一正弦曲線(如 圖5所示)。
假設(shè)激光測量儀2與待測物體1相對旋轉(zhuǎn)中心4順時針轉(zhuǎn)動，或逆時 針方向轉(zhuǎn)動較大角度，上懸臂架11上表面在同一橫截面的第二端點111在 激光接收頭22上相對于基準(zhǔn)面3的投影高度為Y，旋轉(zhuǎn)中心4與基準(zhǔn)面3 的高度差為c，第二端點111與旋轉(zhuǎn)中心4之間的半徑為r。在初始狀態(tài)， 待測物體1與激光測量儀2未發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，連接第一端點112與旋轉(zhuǎn) 中心4,該連線與基準(zhǔn)面3的夾角為b。第二端點111的表達(dá)式為 Y-rsin(b+X)+c (2) 由于前面已經(jīng)計算出c，那么通過兩次的測量，就可以通過解方程得 出曲線2。
如圖5所示，曲線1和曲線2會產(chǎn)生一個交點，該點對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度 為XI，對應(yīng)的投影高度為Yl，表明激光測量儀2與待測物體1相對旋轉(zhuǎn)中 心4角度為XI時，上表面第一端點112與第二端點111相對于基準(zhǔn)面3 在同一高度，即此時待測面(上表面)與基準(zhǔn)面3是平行的，此角度X1即為 該待測物體1相對于基準(zhǔn)面3的轉(zhuǎn)角，即偏角。
同理可以獲得中懸臂12或下懸臂13各表面的曲線和偏角。
上述基準(zhǔn)面3是一個理想的不存在的水平面，在實際測量中放置待測 物體1機器的安置臺相對于基準(zhǔn)面3會有一個偏角。因此先做一個標(biāo)準(zhǔn)件 進(jìn)行調(diào)校，消除機器自身偏角的影響。按照上述方法，可以得出標(biāo)準(zhǔn)件與 理想基準(zhǔn)面3的偏角，設(shè)為X0。如圖3， XI與XO之間的差即為消除機器 自身偏角影響后，待測物體l與基準(zhǔn)面3之間的偏角。
采用解方程的方法，由于所取數(shù)據(jù)較少，得到的曲線方程誤差較大。為 了得到更高精度，可取很多組X,Y值，通過最小二乘法來擬合函數(shù) Y=r s in (a+X) +c和Y=rs in (b+X) +c。理論上可取無限組數(shù)據(jù)來擬合，數(shù)據(jù)越 多，曲線方程越精確。綜合考慮成本效率，取5組數(shù)據(jù)比較合適。
激光測量儀2與待測物體1的相對旋轉(zhuǎn)可以采用待測物體1固定，
激光發(fā)射儀2轉(zhuǎn)動；或激光發(fā)射儀2固定，待測物體l轉(zhuǎn)動的方法；還可 以釆用激光發(fā)射儀2和待測物體1均固定，但是發(fā)射出的激光角度發(fā)生變 化等方法。從實踐來說，待測物體l固定激光發(fā)射儀2轉(zhuǎn)動的方法比較容 易實現(xiàn)。
本發(fā)明的具體實施步驟如下
1. 將標(biāo)準(zhǔn)件Master放置在激光測量儀1的激光發(fā)射頭11和激光接收 頭12中間；
2. 激光發(fā)射頭ll啟動，發(fā)出激光束；
3. 記錄激光接收頭12輸出的標(biāo)準(zhǔn)件Master下表面第一端點的高度數(shù) 據(jù)，此時相對旋轉(zhuǎn)角度為0;
4. 以一固定點為圓心，激光測量儀1或待測物體2旋轉(zhuǎn)一確定角度；
5. 記錄激光接收頭12輸出的標(biāo)準(zhǔn)件Master第一端點的高度數(shù)據(jù)和旋 轉(zhuǎn)角度值；
6. 多次重復(fù)步驟4-5，獲得多組測量數(shù)據(jù)；
7. 計算模塊通過解曲線方程(1)或通過最小二乘法擬合出正弦曲線， 得出標(biāo)準(zhǔn)件與理想基準(zhǔn)面3的原始偏角X0;
8. 用待測物體l取代標(biāo)準(zhǔn)件；
9. 重復(fù)步驟2-7;
10. 計算模塊通過解曲線方程(2)或最小二乘法擬合出正弦曲線，得 出待測物體1與理想基準(zhǔn)面3的偏角XI;
11. 計算模塊根據(jù)偏角XI與偏角X0的差得出待測物體1相對于標(biāo)準(zhǔn) 件的偏角。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和 詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是， 對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以 做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利 的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種偏角的精密測量方法，其特征在于包含以下步驟:發(fā)射激光；測量激光與待測物的待測面呈不同角度時待測面的投影高度；根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得出待測面的偏角。
2. 如權(quán)利要求1所述偏角的精密測量方法，其特征在于測量激光與待測 物的待測面呈不同角度時待測面的投影高度包含以下步驟測量待測面在某一橫截面上的第一端點相對于基準(zhǔn)面的投影高度； 發(fā)射的所述激光與待測面繞一 固定的旋轉(zhuǎn)中心相對旋轉(zhuǎn)不同的角度； 測出不同角度時該第 一端點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度； 重復(fù)上述步驟，測出不同角度時待測面在同 一橫截面上的第二端點相對于 所述基準(zhǔn)面的投影高度。
3. 如權(quán)利要求1所述偏角的精密測量方法，其特征在于根據(jù)測得的數(shù)據(jù) 得出待測面的偏角包含以下步驟將上述投影高度值和旋轉(zhuǎn)角度值輸入計算模塊，計算得出所述角度與待測 面第一端點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度的關(guān)系曲線1或第二端點相對于所述 基準(zhǔn)面的投影高度的關(guān)系曲線2;根據(jù)所述關(guān)系曲線1與關(guān)系曲線2計算出待測面相對于所述基準(zhǔn)面的偏角XI。
4. 如權(quán)利要求3所述的偏角的精密測量方法，其特征在于測量待測面第 一端點或第二端點相對于基準(zhǔn)面的投影高度時，發(fā)射的所述激光與待測面相對 旋轉(zhuǎn)至少二次，所述關(guān)系曲線1或關(guān)系曲線2是4艮據(jù)下列方程式求出Y=rsin(a+X) +cY:第一端點或第二端點相對于所述基準(zhǔn)面的投影高度； X:以所述旋轉(zhuǎn)中心為圓心，發(fā)射的激光與待測面相對旋轉(zhuǎn)的角度； c:所述旋轉(zhuǎn)中心與所述基準(zhǔn)面的高度差； r:第 一端點或第二端點與所述旋轉(zhuǎn)中心之間的半徑； a:在初始狀態(tài)下，連接第一端點或第二端點與旋轉(zhuǎn)中心，該連線與所述基 準(zhǔn)面的夾角。
5. 如權(quán)利要求3所述的偏角的精密測量方法，其特征在于測量待測面第 一端點或第二端點相對于基準(zhǔn)面的投影高度時，發(fā)射的所述激光與待測面相對 旋轉(zhuǎn)至少五次，所述關(guān)系曲線1和關(guān)系曲線2沖艮據(jù)最小二乘法擬合得出。
6. 如權(quán)利要求2所述的偏角的精密測量方法，其特征在于發(fā)射的所述激 光與待測面繞一固定的旋轉(zhuǎn)中心相對旋轉(zhuǎn)不同的角度時所述待測物體固定，發(fā) 射的所述激光轉(zhuǎn)動。
7. 如權(quán)利要求6所述的偏角的精密測量方法，其特征在于發(fā)射所述激光
8. 如權(quán)利要求2所述的偏角的精密測量方法，其特征在于發(fā)射的所述激 光與待測面繞一固定的旋轉(zhuǎn)中心相對旋轉(zhuǎn)不同的角度時所述激光方向固定，所 述待測物體轉(zhuǎn)動。
9. 如權(quán)利要求3所述的偏角的精密測量方法，其特征在于還包含以下步驟 測量放置所述待測物體的安置臺相對于所述基準(zhǔn)面的偏角X0; 測量出所述偏角XI后，才艮據(jù)偏角XI和偏角X0的差得出所述待測面相對于基準(zhǔn)面的偏角。
10. 如權(quán)利要求9所述的偏角的精密測量方法，其特征在于所述安置臺 相對于所述基準(zhǔn)面的偏角X0是通過重復(fù)權(quán)利要求1的步驟對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測量獲 得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏角的精密測量方法，主要原理是采用高精度激光測量儀(或CCD測量儀器)，結(jié)合高精度轉(zhuǎn)動平臺，測量出被測物體的相應(yīng)點的高度值，通過建立的特定數(shù)學(xué)模型換算得到角度值。測量儀器無需接觸被測物體的表面，消除了人為取點因素的影響，通過數(shù)學(xué)模型快速準(zhǔn)確地計算和擬合出曲線方程并計算待測物體待測面的偏角。
文檔編號G01B11/26GK101377415SQ20081016130
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者歐陽述理, 義 胡, 陳玨然 申請人:福群電子(深圳)有限公司