專利名稱：一種大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械方法類，具體是一種大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
在精密與超精密加工領(lǐng)域，例如大口徑光學(xué)鏡頭、自由曲面反射鏡、復(fù)雜形狀模具等加工時(shí)，常常需要能夠精確檢測(cè)大尺度曲面工件輪廓精度，實(shí)現(xiàn)大尺度曲面工件表面輪廓超精密測(cè)量的根本難題在于用固定基準(zhǔn)的超精密測(cè)量頭如探針、激光測(cè)頭等無法直接實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量。常常需要將超精密測(cè)量頭安裝于可移動(dòng)的平臺(tái)上，或者將工件安裝于可移動(dòng)的載物臺(tái)上，在相對(duì)基準(zhǔn)上進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)過程勢(shì)必給測(cè)量數(shù)據(jù)引入由于移動(dòng)機(jī)構(gòu)引起的中間誤差。盡管可以采用高精度氣浮導(dǎo)軌、氣浮主軸等減低移動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有誤差，并采用在線校準(zhǔn)等手段抑制中間誤差對(duì)大尺度工件輪廓測(cè)量精度的影響。但是這勢(shì)必給增加測(cè)量裝置成本、并引起機(jī)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜等問題。在針對(duì)大尺寸超精密曲面零件的表面輪廓精密測(cè)量方面，目前還沒有一種采用固定基準(zhǔn)、方案科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有相對(duì)基準(zhǔn)測(cè)量方式的不足，提供一種在固定測(cè)量基準(zhǔn)下的大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法，從而降低對(duì)測(cè)量頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)定位精度的要求，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理過程并提高測(cè)量精度的穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法，其特征在于建成一立方體框架，框架底部安裝基準(zhǔn)平面，將被測(cè)量曲面工件放置于基準(zhǔn)平面上，保持待測(cè)量面向上；在基準(zhǔn)平面兩側(cè)安裝龍門機(jī)構(gòu)，龍門機(jī)構(gòu)上裝測(cè)量頭，龍門機(jī)構(gòu)的橫向?qū)к壓涂v向?qū)к墡?dòng)測(cè)量頭在測(cè)量區(qū)域水平面內(nèi)自由移動(dòng)；在立方體框架頂部及兩個(gè)正交側(cè)面安裝參考平面，當(dāng)測(cè)量頭測(cè)量曲面工件時(shí)，測(cè)量頭同時(shí)測(cè)量自身距離頂部參考平面、兩個(gè)正交側(cè)面參考平面以及與下部曲面工件被測(cè)點(diǎn)的距離；通過測(cè)量頭與兩個(gè)正交側(cè)面參考平面的距離確定曲面工件被測(cè)量點(diǎn)在立方體框架內(nèi)部的平面坐標(biāo)位置，通過測(cè)量頭與頂部參考平面及曲面工件的距離確定曲面工件被測(cè)量點(diǎn)在立方體框架內(nèi)部的垂直坐標(biāo)位置，通過龍門機(jī)構(gòu)帶動(dòng)測(cè)量頭在立方體框架內(nèi)移動(dòng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面工件不同位置的掃描測(cè)量，并通過被掃描各點(diǎn)的空間坐標(biāo)值確定被測(cè)量曲面工件的精確輪廓。本發(fā)明的立方體框架可以采用低溫度膨脹系數(shù)的大理石材料。本發(fā)明由于在立方體框架的底部、兩個(gè)正交側(cè)面以及頂部分別安裝固定基準(zhǔn)平面和固定參考平面，因此當(dāng)被測(cè)量工件放置于底部基準(zhǔn)面時(shí)，通過龍門機(jī)構(gòu)的橫向?qū)к壓涂v向?qū)к墡?dòng)測(cè)量頭在立方體框架內(nèi)部自由移動(dòng)時(shí)，測(cè)量頭所獲取的自身空間坐標(biāo)位置(測(cè)量頭與兩個(gè)正交側(cè)面參考平面、頂部參考平面)與龍門機(jī)構(gòu)定位精度無關(guān)，始終來源于由立方體框架以及參考平面確定的固定參考坐標(biāo)系。在測(cè)量頭精確空間坐標(biāo)位置上疊加測(cè)量頭與曲面工件被測(cè)量點(diǎn)的垂直距離，即可獲得被測(cè)量點(diǎn)在三個(gè)參考平面確定的固定坐標(biāo)系內(nèi)的精確坐標(biāo)值。本發(fā)明在測(cè)量頭移動(dòng)的掃描測(cè)量方式下始終以固定參考平面構(gòu)建測(cè)量坐標(biāo)系，不僅對(duì)帶動(dòng)測(cè)量頭移動(dòng)龍門機(jī)構(gòu)的定位精度要求低，而且當(dāng)采用溫度膨脹系數(shù)低的材料構(gòu)建立方體框架、基準(zhǔn)平面以及參考平面，并輔以震動(dòng)隔離和精確恒溫控制措施時(shí)，理論上可以在大尺度(數(shù)米)范圍下實(shí)現(xiàn)曲面工件輪廓的超精密測(cè)量(納米級(jí))。本發(fā)明方案合理、成本低、測(cè)量機(jī)構(gòu)緊湊穩(wěn)固、絕對(duì)檢測(cè)精度高，適用于多種需要對(duì)大尺寸曲面工件輪廓精密檢測(cè)的領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法，具體步驟是A、采用溫度膨脹系數(shù)極低的材料如大理石構(gòu)建成立方體框架6，框架6底部安裝基準(zhǔn)平面2，將被測(cè)量曲面工件1靜止放置于基準(zhǔn)平面2上，保持待測(cè)量面向上；B、在基準(zhǔn)平面2兩側(cè)安裝龍門機(jī)構(gòu)5，通過龍門機(jī)構(gòu)5的橫向?qū)к?與縱向?qū)к?3帶動(dòng)測(cè)量頭4在立方體框架內(nèi)部自由移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)在測(cè)量區(qū)域水平面內(nèi)任意點(diǎn)定位，測(cè)量頭4采用激光測(cè)量其與頂部、兩個(gè)正交側(cè)面、及底部工件表面的距離(圖中8為測(cè)量頭4測(cè)量其與頂部參考面距離的激光束)；C、在立方體框架6頂部及兩個(gè)正交側(cè)面安裝參考平面，當(dāng)測(cè)量頭4測(cè)量曲面工件 1時(shí)，測(cè)量頭4同時(shí)測(cè)量其距離頂部參考平面、兩個(gè)正交側(cè)面參考平面以及與下部被測(cè)曲面工件1的距離。通過測(cè)量頭4與兩個(gè)正交側(cè)面參考平面的距離確定被測(cè)量曲面工件被測(cè)量點(diǎn)在立方體框架6內(nèi)部的平面坐標(biāo)位置，通過測(cè)量頭4與頂部及曲面工件的距離確定曲面工件被測(cè)量點(diǎn)在立方體框架6內(nèi)部的垂直坐標(biāo)位置。D、通過龍門機(jī)構(gòu)5帶動(dòng)測(cè)量頭4在立方體框架6內(nèi)部移動(dòng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量曲面工件不同位置的掃描測(cè)量，并通過被掃描各點(diǎn)的空間坐標(biāo)值確定被檢測(cè)曲面工件的精確輪廓。
權(quán)利要求
1.一種大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法，其特征在于建成一立方體框架，框架底部安裝基準(zhǔn)平面，將被測(cè)量曲面工件放置于基準(zhǔn)平面上，保持待測(cè)量面向上；在基準(zhǔn)平面兩側(cè)安裝龍門機(jī)構(gòu)，龍門機(jī)構(gòu)上裝測(cè)量頭，龍門機(jī)構(gòu)的橫向?qū)к壓涂v向?qū)к墡?dòng)測(cè)量頭在測(cè)量區(qū)域水平面內(nèi)自由移動(dòng)；在立方體框架頂部及兩個(gè)正交側(cè)面安裝參考平面，當(dāng)測(cè)量頭測(cè)量曲面工件時(shí)，測(cè)量頭同時(shí)測(cè)量自身距離頂部參考平面、兩個(gè)正交側(cè)面參考平面以及與下部曲面工件被測(cè)點(diǎn)的距離；通過測(cè)量頭與兩個(gè)正交側(cè)面參考平面的距離確定曲面工件被測(cè)量點(diǎn)在立方體框架內(nèi)部的平面坐標(biāo)位置，通過測(cè)量頭與頂部參考平面及曲面工件的距離確定曲面工件被測(cè)量點(diǎn)在立方體框架內(nèi)部的垂直坐標(biāo)位置，通過龍門機(jī)構(gòu)帶動(dòng)測(cè)量頭在立方體框架內(nèi)移動(dòng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面工件不同位置的掃描測(cè)量，并通過被掃描各點(diǎn)的空間坐標(biāo)值確定被測(cè)量曲面工件的精確輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法，其特征在于立方體框架采用低溫度膨脹系數(shù)的大理石材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械加工方法類，具體是一種大尺度曲面工件輪廓精密測(cè)量方法，具體是建成一立方體框架，框架底部安裝基準(zhǔn)平面，將被測(cè)量曲面工件放置于基準(zhǔn)平面上；在基準(zhǔn)平面兩側(cè)安裝龍門機(jī)構(gòu)，龍門機(jī)構(gòu)上裝測(cè)量頭，龍門機(jī)構(gòu)的橫向?qū)к壓涂v向?qū)к墡?dòng)測(cè)量頭在測(cè)量區(qū)域水平面內(nèi)自由移動(dòng)；在立方體框架頂部及兩個(gè)正交側(cè)面安裝參考平面，當(dāng)測(cè)量頭測(cè)量曲面工件時(shí)，測(cè)量頭同時(shí)測(cè)量距離頂部參考平面、兩個(gè)正交側(cè)面參考平面以及與下部被測(cè)曲面工件的距離；通過龍門機(jī)構(gòu)帶動(dòng)測(cè)量頭在立方體框架內(nèi)移動(dòng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面工件不同位置的掃描測(cè)量，并通過被掃描各點(diǎn)的空間坐標(biāo)值確定被檢測(cè)曲面工件的精確輪廓。本發(fā)明方案合理、成本低、測(cè)量機(jī)構(gòu)緊湊穩(wěn)固、絕對(duì)檢測(cè)精度高。
文檔編號(hào)G01B11/28GK102564358SQ20121001135
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者俞紅祥 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)