[发明专利]一种大尺度曲面工件轮廓精密测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机械方法类，具体是一种大尺度曲面工件轮廓精密测量方法。

背景技术

在精密与超精密加工领域，例如大口径光学镜头、自由曲面反射镜、复杂形状模具等加工时，常常需要能够精确检测大尺度曲面工件轮廓精度，实现大尺度曲面工件表面轮廓超精密测量的根本难题在于用固定基准的超精密测量头如探针、激光测头等无法直接实现大范围测量。常常需要将超精密测量头安装于可移动的平台上，或者将工件安装于可移动的载物台上，在相对基准上进行测量。这个过程势必给测量数据引入由于移动机构引起的中间误差。尽管可以采用高精度气浮导轨、气浮主轴等减低移动机构的固有误差，并采用在线校准等手段抑制中间误差对大尺度工件轮廓测量精度的影响。但是这势必给增加测量装置成本、并引起机构复杂、测量稳定性差、数据处理复杂等问题。在针对大尺寸超精密曲面零件的表面轮廓精密测量方面，目前还没有一种采用固定基准、方案科学合理、简单易行的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有相对基准测量方式的不足，提供一种在固定测量基准下的大尺度曲面工件轮廓精密测量方法，从而降低对测量头移动机构定位精度的要求，简化数据处理过程并提高测量精度的稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种大尺度曲面工件轮廓精密测量方法，其特征在于：建成一立方体框架，框架底部安装基准平面，将被测量曲面工件放置于基准平面上，保持待测量面向上；在基准平面两侧安装龙门机构，龙门机构上装测量头，龙门机构的横向导轨和纵向导轨带动测量头在测量区域水平面内自由移动；在立方体框架顶部及两个正交侧面安装参考平面，当测量头测量曲面工件时，测量头同时测量自身距离顶部参考平面、两个正交侧面参考平面以及与下部曲面工件被测点的距离；通过测量头与两个正交侧面参考平面的距离确定曲面工件被测量点在立方体框架内部的平面坐标位置，通过测量头与顶部参考平面及曲面工件的距离确定曲面工件被测量点在立方体框架内部的垂直坐标位置，通过龙门机构带动测量头在立方体框架内移动测量实现对曲面工件不同位置的扫描测量，并通过被扫描各点的空间坐标值确定被测量曲面工件的精确轮廓。

本发明的立方体框架可以采用低温度膨胀系数的大理石材料。

本发明由于在立方体框架的底部、两个正交侧面以及顶部分别安装固定基准平面和固定参考平面，因此当被测量工件放置于底部基准面时，通过龙门机构的横向导轨和纵向导轨带动测量头在立方体框架内部自由移动时，测量头所获取的自身空间坐标位置(测量头与两个正交侧面参考平面、顶部参考平面)与龙门机构定位精度无关，始终来源于由立方体框架以及参考平面确定的固定参考坐标系。在测量头精确空间坐标位置上叠加测量头与曲面工件被测量点的垂直距离，即可获得被测量点在三个参考平面确定的固定坐标系内的精确坐标值。本发明在测量头移动的扫描测量方式下始终以固定参考平面构建测量坐标系，不仅对带动测量头移动龙门机构的定位精度要求低，而且当采用温度膨胀系数低的材料构建立方体框架、基准平面以及参考平面，并辅以震动隔离和精确恒温控制措施时，理论上可以在大尺度(数米)范围下实现曲面工件轮廓的超精密测量(纳米级)。

本发明方案合理、成本低、测量机构紧凑稳固、绝对检测精度高，适用于多种需要对大尺寸曲面工件轮廓精密检测的领域。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种大尺度曲面工件轮廓精密测量方法，具体步骤是：

A、采用温度膨胀系数极低的材料如大理石构建成立方体框架6，框架6底部安装基准平面2，将被测量曲面工件1静止放置于基准平面2上，保持待测量面向上；

B、在基准平面2两侧安装龙门机构5，通过龙门机构5的横向导轨7与纵向导轨3带动测量头4在立方体框架内部自由移动，并实现在测量区域水平面内任意点定位，测量头4采用激光测量其与顶部、两个正交侧面、及底部工件表面的距离(图中8为测量头4测量其与顶部参考面距离的激光束)；

C、在立方体框架6顶部及两个正交侧面安装参考平面，当测量头4测量曲面工件1时，测量头4同时测量其距离顶部参考平面、两个正交侧面参考平面以及与下部被测曲面工件1的距离。通过测量头4与两个正交侧面参考平面的距离确定被测量曲面工件被测量点在立方体框架6内部的平面坐标位置，通过测量头4与顶部及曲面工件的距离确定曲面工件被测量点在立方体框架6内部的垂直坐标位置。

D、通过龙门机构5带动测量头4在立方体框架6内部移动测量实现对被测量曲面工件不同位置的扫描测量，并通过被扫描各点的空间坐标值确定被检测曲面工件的精确轮廓。