[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

说明书

一种精密二维转台轴间位置误差的测量装置及方法，属于精密测量领域。所述的测量装置包括半导体激光器、光源固定基座、二维位置传感器、传感器固定座、连接板、二维角度调整架和XZ两轴平移升降台。所述的测量方法是使用固定在二维转台俯仰轴末端的激光器和二维位置传感器来测量两个指定位置上俯仰轴的旋转中心，通过比较两个中心坐标的差异，直接且容易地获得转台的轴间位置误差。本发明实现了二维转台轴间位置误差的高精度直接测量，不受单轴回转误差等其他参数对测量结果的影响；同时测量过程简单，测量精度高。

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及一种使用半导体激光器与二维位置传感器测量二维转台轴间位置误差的装置及方法。

背景技术

精密二维转台由方位轴和俯仰轴两个正交的精密回转轴系构成，是先进制造、测试计量和精密仪器等领域的关键功能部件，例如五轴机床、激光跟踪仪、经纬仪、机器人等。

除了各旋转轴固有的几何误差和测角系统误差外，两轴间的位置误差也是重要误差，轴间位置误差包括：轴间不相交误差、轴间垂直度误差。目前针对转台精度影响因素的研究主要集中在单轴回转误差和角位置定位误差方面，而轴间不相交误差、轴间垂直度误差定量测量方法较少，通常采用建立复杂数学模型，多参数测量的方式进行间接测量，由于测量过程受其他项误差的影响，因此未知量拟合的准确性不能得到有效保证。

发明内容

本发明提出了一种测量二维转台轴间不相交误差(Δx)、轴间垂直度误差(α)的装置及方法。该方法使用固定在二维转台俯仰轴末端的激光器和二维位置传感器来测量两个指定位置上俯仰轴的旋转中心，通过比较两个中心坐标的差异，直接且容易地获得转台的轴间位置误差。

一种精密二维转台轴间位置误差的测量装置，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。

一种精密二维转台轴间位置误差的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，测量指定位置1(如图2)处俯仰轴的旋转中心O₁

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，调整俯仰轴二维角度调整架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。