本發(fā)明涉及大尺寸非連續(xù)平面平面度的非接觸式在線測量，屬于精密在線測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代制造業(yè)，尤其是航空航天制造業(yè)中，隨著對加工精度要求的不斷提高，對測量精度的要求也越來越高，測量能力的高低直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。而且，許多大型的工件要求非接觸式在線測量?，F(xiàn)有的平面度測量方法按照測量原理可分為直接測量方法、間接測量方法和組合測量方法三大類。直接測量方法是能直接獲得待測面上各點坐標(biāo)值，或者能夠直接評定平面度誤差的測量方法。間接測量方法不能直接獲得各點的坐標(biāo)值，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理才能獲得各點坐標(biāo)值。組合測量方法是通過誤差分離技術(shù)，消除測量基面本身平面度誤差的測量方法。直接測量法主要包括：激光準(zhǔn)直掃描法、液面法和光學(xué)三角法。激光準(zhǔn)直掃描法測量精度高、測量范圍大，但需要人工反復(fù)挪動測量設(shè)備，不適合在線測量。液面法對環(huán)境溫度比較敏感，而且還需要將承放液體的容器放置在待測物表面，不適合在線測量。光學(xué)三角測量方法依賴外部高精度測量基準(zhǔn)，不能滿足在線測量的精度要求。間接測量方法和組合測量方法一般用于連續(xù)表面的測量，并不適用于非連續(xù)表面的測量。這些方法還存在自動化程度低、測量速度慢等不足，無法滿足在加工現(xiàn)場在線測量大尺寸、非連續(xù)平面的平面度的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于激光參考平面，將激光位移傳感器和位置敏感器相結(jié)合的平面度測量系統(tǒng)和方法，可以實現(xiàn)在加工現(xiàn)場對大尺寸、非連續(xù)平面平面度的高精度在線測量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種非接觸式非連續(xù)平面平面度測量系統(tǒng)和方法，包括激光發(fā)射裝置、激光位移傳感器、位置敏感器和計算機。它們之間的連接關(guān)系是：激光發(fā)射裝置和待測物固定在共同的地基上；位置敏感器和位移傳感器固連并固定在機床上，隨機床移動可對待測表面的不同位置進行測量；激光發(fā)射裝置發(fā)射的激光掃描形成基準(zhǔn)光平面，入射到位置敏感器光探測區(qū)域；計算機分別通過數(shù)據(jù)傳輸接口采集激光位移傳感器和位置敏感器的數(shù)據(jù)，并與機床控制系統(tǒng)通訊獲取測量位置并控制機床移動，最后根據(jù)平面度評定方法計算出待測平面的平面度并顯示。

該激光發(fā)射裝置使用經(jīng)過準(zhǔn)直的激光束入射到五角棱鏡，當(dāng)五角棱鏡繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)五角棱鏡折射后的出射光就掃描形成基準(zhǔn)光平面(參見圖1)；該激光位移傳感器采用三角測量原理得到傳感器與待測點間的距離；該位置敏感器是一種基于橫向光電效應(yīng)的半導(dǎo)體器 件，可以精確地測量照射在其靶面上的光點的二維坐標(biāo)，可以測量位移傳感器相對基準(zhǔn)光平面的上下偏移量。

本發(fā)明的原理是：利用激光位移傳感器測量待測表面與激光位移傳感器之間的距離d。以激光發(fā)射裝置產(chǎn)生的光平面作為基準(zhǔn)面，利用位置敏感器測量位移傳感器相對基準(zhǔn)面的偏移量p，位移傳感器測量基準(zhǔn)到位置敏感器測量基準(zhǔn)的距離記為l，為常量，則待測點的z坐標(biāo)為z＝d+l+p(參見圖2)。機床控制系統(tǒng)可以輸出待測點的x、y坐標(biāo)。機床按照事先規(guī)劃好的測量路徑移動到不同位置，測量得到待測面上不同待測點的三維坐標(biāo)，由這些三維坐標(biāo)計算待測表平面的平面度。

附圖說明

圖1為激光發(fā)射裝置旋轉(zhuǎn)形成基準(zhǔn)光平面的原理圖。

圖2為激光位移傳感器和位置敏感器測量待測點高度的原理圖。

圖3為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中，實線表示機械連接，虛線表示數(shù)據(jù)連接，點劃線帶箭頭表示激光方向。

具體實施方式

本發(fā)明的實施方式如下。

如圖3所示，測量裝置由激光位移傳感器、位置敏感器、激光發(fā)射裝置和計算機等組成。

第一步，安裝調(diào)整基準(zhǔn)光平面。將激光發(fā)射裝置固定在與待測物相同的地基上，并調(diào)節(jié)激光發(fā)射裝置出射光平面與待測平面基本平行；例如，不失一般性，設(shè)將兩個平面都調(diào)整到水平；

第二步，安裝調(diào)整傳感器。將激光位移傳感器和位置敏感器組合安裝在機床主軸上，調(diào)節(jié)激光位移傳感器激光出射方向與待測面基本垂直，即調(diào)整為鉛垂方向；位置敏感器探測面與待測面基本垂直且面向激光發(fā)射裝置，即沿鉛垂方向；

第三步，測量路徑規(guī)劃。確定待測點的分布，根據(jù)待測點在機床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，生成測量路徑；

第四步，坐標(biāo)測量。根據(jù)測量路徑，計算機向機床控制系統(tǒng)發(fā)送指令，控制機床帶動激光位移傳感器和位置敏感器組合依次達(dá)到預(yù)訂的測量位置，計算機采集數(shù)據(jù)，包括：機床的當(dāng)前位置，激光位移傳感器讀數(shù)，位置敏感器讀數(shù)，即可計算得到該待測點的三維坐標(biāo)；

第五步，平面度評價。對所有待測點的三維坐標(biāo)進行平面度誤差評定，得到待測平面的平面度誤差值，完成測量。