一種激光束現(xiàn)場標(biāo)定方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測定激光束方向特性標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種激 光束現(xiàn)場標(biāo)定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光測量技術(shù)作為一種非接觸式的測量技術(shù)，其測量精度和效率相比于傳統(tǒng)的非 接觸式測頭有了很大的提高，在檢測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。激光測量原理是利用激光位 移傳感器發(fā)射一束激光打在被測物體表面，通過接收反射光，來測定物體到激光位移傳感 器的距離。
[0003] 對于一些大型的自由曲面類零件，如大型螺旋獎葉片，水輪機轉(zhuǎn)輪室等零部件的 測量，往往是利用現(xiàn)有的機床設(shè)備，然后搭載激光位移傳感器進行零件外形的檢測，在檢測 過程中，激光位移傳感器發(fā)射的激光盡量與機床主軸軸線同軸，但由于安裝誤差或機床本 身的定位誤差，會導(dǎo)致激光束的實際方向與主軸軸線有一定的偏差，該種偏差會給最終的 測量結(jié)果帶來很大的誤差，因此迫切需要一種能夠精確標(biāo)定激光束方向的偏差，W對后期 的測量結(jié)果進行補償，從而保證測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有標(biāo)定技術(shù)的一些缺陷和新的需求，本發(fā)明提供了一種激光束現(xiàn)場標(biāo)定方 法及裝置，通過機床各軸的運動帶動激光位移傳感器，采用CCD相機拍攝激光束光斑在標(biāo) 定板上的圖像，通過數(shù)字圖像分析精確測定激光束的方位特性，W對后期的測量結(jié)果進行 補償。
[0005] -種激光束現(xiàn)場標(biāo)定方法，包括W下步驟：
[0006] (1)調(diào)平標(biāo)定板使得其與機床Z軸垂直，所述標(biāo)定板具有H個通孔，第一通孔和第 二通孔間連線與第一通孔和第H通孔間連線垂直；
[0007] (2)使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板形成第一光斑，對投射有第一光斑 的標(biāo)定板成像；
[0008] (3)在機床Y軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動距離以再使用激光位移傳感器發(fā)射 激光束至標(biāo)定板形成第二光斑，對投射有第二光斑的標(biāo)定板成像；
[0009] (4)在機床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動距離H，再使用激光位移傳感器發(fā)射 激光束至標(biāo)定板形成第H光斑，對投射有第H光斑的標(biāo)定板成像；
[0010] 妨計算激光束與機床主軸的偏角，具體為：
[0011] 在標(biāo)定板上W第一通孔為標(biāo)定坐標(biāo)系原點，第一通孔和第二通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo) 系X軸，第一通孔和第H通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系Y軸；
[0012] 將第一、二、H光斑在成像中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記為（XI，yi)、 (又2, 72)、（又3, Y3);
[0013] 構(gòu)建第一光斑與第二光斑連線方程Li2;a iX+biY+Ci= 0, a 1、bi和C 1為直線方程系 數(shù)；
[0014] 構(gòu)建第二光斑與第H光斑連線方程L23;a 2X+b2Y+C2= 0, a 2、b2和c 2為直線方程系 數(shù)；
[0015] 計算激光束與機床Z軸夾角Z a = arctan(L/H);
[0016] 計算激光束在機床XOY平面上的投影與機床Y軸的夾角Z目= arctan ((31沖2-32沖1) / 相2+bi*b2))。
[0017] 一種激光束現(xiàn)場標(biāo)定方法，包括W下步驟：
[0018] (1)調(diào)平標(biāo)定板使得其與機床Z軸垂直，所述標(biāo)定板具有H個通孔，第一通孔和第 二通孔連線與第一通孔和第H通孔連線垂直；
[0019] (2)使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板形成第一光斑，對投射有第一光斑 的標(biāo)定板成像；
[0020] (3)在機床X軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動距離以使用激光位移傳感器發(fā)射激 光束至標(biāo)定板形成第二光斑，對投射有第二光斑的標(biāo)定板成像；
[0021] (4)在機床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動距離H，使用激光位移傳感器發(fā)射激 光束至標(biāo)定板形成第H光斑，對投射有第H光斑的標(biāo)定板成像；
[002引妨計算激光束與機床主軸的偏角，具體為：
[0023] 在標(biāo)定板上W第一通孔為標(biāo)定坐標(biāo)系原點，第一通孔和第二通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo) 系X軸，第一通孔和第H通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系Y軸；
[0024] 將第一、二、H光斑在成像中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記為（XI，yi)、 (又2, 72)、（又3, Y3);
[002引構(gòu)建第一光斑與第二光斑連線方程Li2;a iX+biY+Ci= 0，ai、bi和C 1為直線方程系數(shù)； W及構(gòu)建第二光斑與第H光斑連線方程L23;a 2X+b2Y+C2= 0, a 2、b2和C 2為直線方程系數(shù)；
[0026] 計算激光束與機床Z周夾角Z a = arctan值x/H);
[0027] 計算激光束在機床XOY平面上的投影與機床X軸的夾角Z y = arctan ((31沖2-32沖1) / (31相2+131沖2))。
[0028] -種實現(xiàn)所述激光束現(xiàn)場標(biāo)定方法的裝置，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、CCD相機和處 理器；所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有H個通孔，其中第一通孔和第二通孔連線與第 一通孔和第H通孔連線垂直；所述CCD相機用于對投射有光斑的標(biāo)定板進行成像；所述處 理器對成像進行數(shù)字圖像分析得到激光束與機床主軸的偏角。
[0029] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0030] 本發(fā)明利用機床各軸的運動帶動激光位移傳感器沿著設(shè)定的軌跡運動，CCD相機 拍攝激光束投射在標(biāo)定板上的圖像，只需H個步驟就完成H個圖像的采集，不需要利用激 光位移傳感器本身的讀數(shù)，避免了傳感器的測量誤差影響標(biāo)定結(jié)果，也不需要復(fù)雜的方程， 標(biāo)定流程簡單方便，可W標(biāo)定激光束方向的偏差，W對后期的測量結(jié)果進行補償，從而保證 測量精度。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的標(biāo)定流程圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)及成像示意圖，圖2(a)為裝置結(jié)構(gòu)示圖，圖2(b)為成像示 意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明激光束與機床主軸的偏角計算原理圖，圖3 (a)為機床坐標(biāo)系下的偏 角示意圖，圖3(b)為標(biāo)定坐標(biāo)系下的偏角示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0035] 激光位移傳感器在安裝過程中，由于工裝定位誤差或者其他原因，導(dǎo)致激光束與 預(yù)想的方向有一定的偏差，因此需要標(biāo)定出激光束在空間中的方向。
[0036] 機床具有自定義的坐標(biāo)系記為機床XYZ坐標(biāo)系。在機床XYZ坐標(biāo)系中，標(biāo)定出激 光束與兩個軸的夾角就能確定激光束的方向，下面所描述的即為本發(fā)明的具體步驟：
[0037] (1)調(diào)平標(biāo)定板使得其與機床Z軸垂直，所述標(biāo)定板具有H個通孔，第一通孔和第 二通孔連線與第一通孔和第H通孔連線垂直；
[0038] (2)使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板形成第一光斑1，對投射有第一光 斑1的標(biāo)定板成像，如圖1所示的圖片一；
[0039] (3)在機床Y軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動距離以使用激光位移傳感器發(fā)射激 光束至標(biāo)定板形成第二光斑2,對投射有第二光斑2的標(biāo)定板成像，如圖1所示的圖片二；
[0040] (4)在機床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動距離H，使用激光位移傳感器發(fā)射激 光束至標(biāo)定板形成第H光斑3,對投射有第H光斑3的標(biāo)定板成像，如圖1所示的圖片H ;
[0041] (5)計算激光束與機床主軸的偏角，具體為：
[0042] 在標(biāo)定板上W第一通孔為標(biāo)定坐標(biāo)系原點，第一通孔和第二通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo) 系X軸，第一通孔和第H通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系Y軸；
[0043] 將第一、二、H光斑在成像中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記為（XI，