[发明专利]一种精密二维转台轴间位置误差的测量装置及方法

权利要求书

1.一种精密二维转台轴间位置误差的测量装置进行误差测量的方法，其特征在于，所述的测量装置包括半导体激光器(9)、光源固定基座(10)、二维位置传感器(8)、传感器固定座(7)、连接板(6)、二维角度调整架(11)和XZ两轴平移升降台(5)；所述半导体激光器(9)安装在光源固定基座(10)上，光源固定基座(10)与二维角度调整架(11)的一端连接，二维角度调整架(11)的另一端与二维转台俯仰轴(1)的端部相连，且半导体激光器(9)、光源固定基座(10)及二维角度调整架(11)能跟随二维转台俯仰轴(1)同步稳定转动，二维转台方位轴(2)竖直设置；二维位置传感器(8)设置于传感器固定座(7)中，传感器固定座(7)通过连接板(6)安装在XZ两轴平移升降台(5)上，二维位置传感器(8)感测区域位于二维转台俯仰轴(1)的延长线上；

所述的方法，包括以下步骤：

步骤1，测量指定位置1处俯仰轴的旋转中心；

步骤1-1：将二维位置传感器(8)固定在XZ两轴平移升降台(5)上，调整XZ两轴平移升降台(5)，使二维位置传感器(8)感测区域位于二维转台俯仰轴(1)的延长线上；

步骤1-2：将半导体激光器(9)装入光源固定基座(10)中，光源固定基座(10)的安装面连接二维角度调整架(11)，而后固定在二维转台俯仰轴(1)的端部A，且须使半导体激光器(9)、光源固定基座(10)及二维角度调整架(11)整体能跟随二维转台俯仰轴(1)正常转动；

步骤1-3：半导体激光器(9)与二维转台俯仰轴(1)整体绕二维转台俯仰轴(1)旋转，旋转过程中，虽然半导体激光器(9)不与二维转台俯仰轴(1)同轴，但是激光射在二维位置传感器(8)上的光点中心轨迹仍近似为一个圆，调整二维角度调整架(11)，使光点始终位于二维位置传感器(8)的感光区范围内，且光点中心轨迹圆的直径最小；

步骤1-4：二维转台俯仰轴(1)以10°为间隔，转动360°，二维位置传感器(8)捕获并记录二维转台俯仰轴(1)处在不同旋转角度时光点的位置；

步骤1-5：基于最小二乘原理以及各转动位置下采集的光点位置，建立最小化目标函数，拟合计算光点中心轨迹的圆心O₁(x_o1，y_o1)，即为指定位置1处二维转台俯仰轴(1)的旋转中心；

步骤2，测量指定位置2处二维转台俯仰轴(1)的旋转中心

步骤2-1：将二维转台绕二维转台方位轴(2)精确转动180°至位置2，且保持二维位置传感器(8)安装位置不变；

步骤2-2：将半导体激光器(9)装入光源固定基座(10)中，光源固定基座(10)的安装面连接二维角度调整架(11)，而后固定在二维转台俯仰轴(1)的另一端部B，且须使半导体激光器(9)、光源固定基座(10)及二维角度调整架(11)整体能跟随二维转台俯仰轴(1)正常转动；

步骤2-3：重复步骤1-3、1-4、1-5，拟合计算此时的光点中心轨迹的圆心O₂(x_o2，y_o2)，即为位置2处二维转台俯仰轴(1)的旋转中心；

步骤3，计算二维转台轴间不相交误差Δx、轴间垂直度误差α

步骤3-1：精准量取二维位置传感器(8)与二维转台方位轴(2)间的距离L；

步骤3-2：已知两个指定位置上光点轨迹圆的圆心O₁、O₂，二维位置传感器(8)与二维转台方位轴(2)间的距离为L，利用公式Δx＝(x_o2-x_o1)/2、计算得到二维转台轴间不相交误差Δx、轴间垂直度误差α。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维角度调整架(11)与二维转台俯仰轴(1)的连接方式为螺纹连接、卡扣连接、磁力吸附或胶接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1-3中，光点中心轨迹圆的直径小于100μm。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤1-5具体步骤为：

记各转动位置下采集的光点坐标为(x_i,y_i)，i＝1,…,n，光点中心轨迹圆的方程为x²+y²+ax+by+c＝0，则光点至圆心的距离为建立最小二乘目标函数为公式(1)，F(a,b,c)对a,b,c求偏导，令偏导等于零，通过公式(2)求得a,b,c后，由公式(3)计算圆心O₁的坐标值；