[发明专利]一种激光追踪仪几何误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种激光追踪仪几何误差补偿方法，该补偿方法分为精密转台回转误差测量，激光追踪仪几何误差测量和激光追踪仪几何误差补偿三部分。本方法能够有效地补偿由几何误差引起的系统测量误差，提高了激光追踪仪测量精度，同时也保证了基于多边法的激光跟踪测量系统的可靠性。本发明的特点在于，不需要分别分析ep2、eq2和eh2与eb的函数关系，只需确定eb即可，简化了计算的工作量。

技术领域

本发明涉及一种激光测量领域，特别涉及一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法。

背景技术

激光追踪仪是工业测量领域中一种高精度的大尺寸测量仪器。具有测量空间大、测量效率高、测量精度高、操作简单等特点，类似于便携式三坐标测量机，并广泛应用于船舶制造、汽车制造、飞行器制造等领域。激光追踪仪是基于多边法原理的测量系统，专用于校准三坐标测量机、数控机床等高档数控装备。虽然多边法是各种利用激光跟踪测量系统校准数控装备的方法中理论精度最高的方法，但也要求激光追踪仪自身具有较高的测量精度。然而，目前并没有关于激光追踪仪几何误差的补偿方法以及补偿装置。因此，一种激光追踪仪几何误差补偿方法能够有效地提高系统测量精度，同时也保证了基于多边法的激光跟踪测量系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于补偿激光追踪仪由几何误差(即加工误差和安装误差)引起的系统测量误差，提供了激光追踪仪几何误差补偿方法。

根据一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法可知，垂直回转轴系和水平回转轴系的回转误差不会影响激光追踪仪的测量精度。根据一种以标准球为反射装置的激光跟踪测量系统几何误差补偿方法可知，激光追踪仪的系统测量精度仅由各项几何误差决定，与目标靶镜的被测距离无关。

本发明采用的技术方案为一种激光追踪仪几何误差补偿方法，该补偿方法分为精密转台回转误差测量，激光追踪仪几何误差测量和激光追踪仪几何误差补偿三部分。

如图1所示，精密转台回转误差测量部分中各光学元件的位置关系如下：

精密转台2、磁力表架7和第一台电脑8安装在大理石平台1上，并保证大理石平台1的台面与基准面水平。将电动二维平台3安装在精密转台2的台面上，磁力表座4和标准球5固定在电动二维平台3上。将笔式光栅6安装在磁力表架7上，同时使用笔式光栅6测量标准球5的球面，并将测量数据传输到第一台电脑8上。对测量数据进行傅里叶分析，剔除由标准球5和精密转台2的安装偏心量引起的主要误差成分e_p1，即一次谐波分量。其余次数谐波分量包含标准球5球度误差e_q1和精密转台2轴系回转误差e_h1。本方法所使用标准球5的球度误差为50nm。

剔除标准球5和精密转台2的安装偏心误差后的标准球球度误差和精密转台轴系回转误差的综合误差图如图2所示。

如图3所示，激光追踪仪几何误差测量部分中给部分光学元件的位置关系如下：

将精密转台2和猫眼垂直移动结构11安装在大理石平台1上，并保证大理石平台1的台面与基准面水平。将电动二维平台3安装在精密转台2的台面上，激光追踪仪9固定在电动二维平台3上。调整激光追踪仪9的激光束10，使其对准猫眼垂直移动结构11的猫眼25中心。调节猫眼垂直移动结构11的L形连接架和垂直滑台15，保证U型连接架34能够从最低极限位置以固定步长沿垂直方向移动至最高极限位置。U型连接架34每移动一步，激光追踪仪9都需要完成正负180°的回转，并在回转的过程中完成对猫眼25移动量的测量。在此回转的过程中，激光追踪仪9以3°为回转步长。至此完成如图4所示的整个测量空间的初步数据采集，其中LT表示激光追踪仪9的位置，T₁和T₂分别表示激光追踪仪9在俯仰方向的两个极限测量位置，α₁和α₁分别对应两个极限测量位置时水平回转轴的回转角度。