[发明专利]一种基于复光束角度传感器的微型圆度测量仪及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于复光束角度传感器的微型圆度测量仪及测量方法，主要包括复光束角度传感器、夹具、第一承重台、旋转平台、第一XY平台和第二承重台。本发明通过复光束角度传感器发出的激光束扫描并由传感器内部的CMOS相机记录由反射光点阵反映的光束角度变化，以此获得纳米级精度的曲率变化，再利用Fourier变化得到形貌数据，最后用最小二乘法估算圆度。对比其他技术，本方案仅用一个传感器就可以达成仪器误差在测量时不易受其他因素影响的目的。而一个复光束角度传感器的毫米级规格使得它即使在厂级生产中也可以游刃有余。此外，其简易的光路设计可以使所提出的方案在压力、温度和恶劣环境对灵敏度的影响大大降低。

技术领域

本发明涉及高精度光学原件检测技术领域，尤其涉及一种基于复光束角度传感器的微型圆度测量仪及测量方法。

背景技术

近年来，由于精密柱状部件在现代工业的机器设备中已然起着重要的作用，其精度和损耗程度对于高精度的研究抑或工业生产都有很大影响，所以，对依靠简单便捷的仪器进行高精度表面形貌圆度测量之技术的需求正处于日渐增长的态势，包括光学检测、半导体、航天卫星等领域尤其在此方面急需一个合理、方便、性价比高的解决方案。

在机状态下测量圆柱工件的圆度误差和机械工件的主轴误差是一个业内普遍会遇到的问题。这个问题上，区分圆度误差和主轴误差是十分重要的，两种误差位置的不同决定了不同的测量方案。

多向法在主轴误差有很好的可重复性的时候可以高效地区别圆度误差和主轴误差；多探针法更适用于在机测量，因为此方法不依赖于主轴误差的重复性；逆转法可以用于消除主轴的系统误差，但是耗费时间，而且需要光学探针的动作有较好的可重复性；三点法，使用目标工件本身作为参考,但其缺点是多个传感器意味着装载和卸载工件变得困难，也难以调整传感器的角度。另外，表面形貌测量仪器很可能在测量时需要有准确的旋转轴和准确的笛卡尔径向运动数据，此外，它需要根据一个圆柱体框架来进行测量。这种方式的缺点在于只能在实验室环境中测量，为了获得更好的数据，匹配测量仪器的坐标系系统和工件是十分必要的。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于复光束角度传感器的微型圆度测量仪。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述测量仪的测量方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于复光束角度传感器的微型圆度测量仪，主要包括复光束角度传感器、夹具、第一承重台、旋转平台、第一XY平台、以及第二承重台。

具体的，所述第一承重台水平固定设置。所述第一XY平台固定安装在第一承重台上。所述旋转平台设置在第一XY平台上，由第一XY平台驱动并调整其在X和Y方向上的位置。所述夹具固定安装在旋转平台的旋转端上，与旋转平台的旋转中心同轴设置，并由旋转平台驱动其转动。所述夹具夹紧圆柱体工件并在旋转平台的驱动下自转。所述第二承重台固定安装在第一承重台上，位于第一XY平台的一侧；所述复光束角度传感器安装在第二承重台上，其检测端朝向圆柱体工件。

进一步的，为了便于精调圆柱体工件的位置，本发明所述微型圆度测量仪还包括用于微调夹具位置的第二XY平台。所述第二XY平台位于旋转平台与夹具之间，其底部与旋转平台的旋转端固定连接，其驱动端与夹具固定连接，且第二XY平台、夹具和圆柱体工件与旋转平台的旋转中心同轴。

进一步的，所述复光束角度传感器主要包括半导体激光器、将激光聚焦到第一滤光板的凸透镜、第一滤光板、准直透镜、第二滤光板、分束器、柱透镜、微透镜阵列、以及CMOS相机。所述第一滤光板上设有用于滤光的第一滤光孔，所述第二滤光板上设有用于滤光的第二滤光孔。