[发明专利]一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置和方法

权利要求书

1.一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：由第一靶球、第二靶球、微调机构、横臂、横臂支座、配重块、计算机、第一角度块、横臂转台、第二角度块、激光跟踪仪、工件转台、待测镜面、接触式传感器和工作台面组成，其中：第一靶球、第二靶球靠磁力吸附连接于微调机构上；横臂的一端置于微调机构的安装孔中；横臂支座的一端具有一通孔，横臂的另一端置于并穿过通孔；配重块与横臂的另一端连接，用于平衡接触式传感器和横臂，用以保证横臂转台保持平稳的旋转；第一角度块的上端面与横臂支座的底端面固定连接；横臂转台上端面与第一角度块的斜端面固定连接；第二角度块的斜端面与横臂转台下端面固定连接；第二角度块的下端面固定安装在工作台面上；激光跟踪仪置于靠近横臂转台的轴心线的位置，并保证激光跟踪仪不能干涉横臂转台转动，激光跟踪仪的底端面置于工作台面上；待测镜面位于工件转台上；接触式传感器的一端与微调机构连接，接触式传感器的测头外轮廓与待测镜面接触；横臂绕横臂转台的轴心线旋转，带动接触式传感器、第一靶球和第二靶球绕横臂转台的轴心线旋转，同时第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成绕横臂转台的轴心线旋转的圆弧轨迹，激光跟踪仪分别跟踪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成的圆弧轨迹；计算机通过数据采集线与激光跟踪仪的数据端连接，对第一靶球的球心和第二靶球的球心的圆弧轨迹数据处理，获得摆臂式轮廓仪有效臂长。

2.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述的激光跟踪仪的测距范围大于60m，静态测量精度5μm/m，动态测量精度10μm/m，坐标重复性优于2.5μm/m。

3.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述对第一靶球的球心和第二靶球的球心的圆弧轨迹数据处理，是得到两段圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标，利用两段圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标，获得两圆心坐标的空间直线方程即是横臂转台的轴心线方程；再利用空间点和空间直线的距离方程，求出接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即为摆臂式轮廓仪的有效臂长。

4.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述第一靶球、第二靶球由铁材料制成，并为反射式，用于反射来自激光跟踪仪的激光，从而保证激光跟踪仪跟踪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成的圆弧轨迹上的数据。

5.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述接触式传感器的分辨力为25nm，测量精度为50nm。

6.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述微调机构为能实现X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、俯仰方向和偏摆方向的微调。

7.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述横臂转台为气浮转台，横臂转台的端面跳动为25nm，横臂转台的角晃动为0.02″，用于实现接触式传感器的旋转运动。

8.一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量方法，包括步骤如下：

步骤S1：由已知的接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心的空间位置关系进行坐标平移变换，得到第一坐标系，从而得到接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心在第一坐标系下的坐标；

步骤S2：激光跟踪仪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心的初始位置，以及第一靶球和第二靶球绕横臂转台旋转形成的圆弧轨迹上的数据；

步骤S3：将第一坐标系旋转平移变换到激光跟踪仪坐标系，得到接触式传感器的测头球心在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

步骤S4：通过计算机实现对以上数据的处理，得到接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即摆臂式轮廓仪有效臂长。