本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種調(diào)整激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的方法。

背景技術(shù)：

在航空、航天、核能和船舶等領(lǐng)域中，大型內(nèi)孔特征的半徑和輪廓參數(shù)是基本的測量任務(wù)之一，例如航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁、大型齒輪的軸孔和船體管道的截面等，其尺寸范圍通常為φ500～1000mm，而精度要求則為0.01～0.1mm。由于此類工件的內(nèi)徑尺寸精度是保證大型裝備制造質(zhì)量的一個重要因素，因而實現(xiàn)對這些大尺寸內(nèi)徑的尺寸參數(shù)的精確測量，具有很大的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。長期以來，在我國大型裝備的制造過程中，對于大型軸孔零件內(nèi)徑的測量問題，通常采用弓高弦長法、內(nèi)徑千分尺和基線尺等進行測量，不僅操作不便、精度難以保證，而且人為因素影響較大。

隨著測量技術(shù)的發(fā)展和進步，出現(xiàn)了許多大尺寸內(nèi)徑的測量方法。由于被測尺寸范圍大而測量精度要求高，現(xiàn)有的測距傳感器很難同時滿足測量范圍和精度的要求。因此，測量大尺寸內(nèi)徑一般采用相對測量法來實現(xiàn)，即將激光位移傳感器安裝在高精度的測量臂上，通過測量臂的整周回轉(zhuǎn)帶動激光位移傳感器完成整個圓形截面的掃描測量。測量臂預(yù)先通過標定得到其真實長度l0，當測量臂的旋轉(zhuǎn)角度為θ時，激光位移傳感器測量的被測表面與傳感器之間的距離為δ(θ)，這樣就可得到被測點處的半徑r(θ)＝l0+δ(θ)，此方法即為相對測量法。此過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是激光位移傳感器的出射激光束的調(diào)整問題，將激光位移傳感器安裝在測量臂上后，其出射激光束與測量臂的回轉(zhuǎn)軸線處于空間交錯的狀態(tài)，此時不能直接通過l0與δ(θ)的相加來獲得r(θ)。而要實現(xiàn)被測點處的半徑值r(θ)＝l0+δ(θ)的目標，就需要將激光位移傳感器的出射激光束調(diào)整到與測量臂的回轉(zhuǎn)軸線垂直相交的狀態(tài)。目前，針對此問題還沒有較為成熟和有效的方法，只能通過裝配和觀察近似予以保證，這就導(dǎo)致了大尺寸內(nèi)徑測量系統(tǒng)的測量精度不高。因此，本發(fā)明所提供的一種調(diào)整激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的方法，可以將激光位移傳感器的出射激光束調(diào)整到與回轉(zhuǎn)軸線垂直相交的位置，從而有助于提高大尺寸內(nèi)徑測量系統(tǒng)的測量精度，具有一定的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)整激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的方法。其目的是解決激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的調(diào)整難題，提高裝置的測量精度，從而實現(xiàn)大尺寸內(nèi)孔半徑和輪廓參數(shù)的精確測量。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

該調(diào)整激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的方法所依托的測量裝置包括激光位移傳感器(1)、一維平移臺(3)、傳感器連接件(4)、回轉(zhuǎn)臺(5)和測量臂(6)；回轉(zhuǎn)臺(5)能夠繞自身的回轉(zhuǎn)軸線(7)進行360°整周回轉(zhuǎn)，測量臂(6)的一端通過軸孔套裝在回轉(zhuǎn)臺(5)的輸出軸上，另一端通過安裝板固定一維平移臺(3)，并且使一維平移臺(3)的一維工作臺面(8)的運動方向與測量臂(6)的長度方向垂直；將傳感器連接件(4)通過螺栓固定在一維平移臺(3)的一維工作臺面(8)上，將激光位移傳感器(1)通過螺栓安裝在傳感器連接件(4)上，并調(diào)整激光位移傳感器(1)的空間方位，使其出射激光束(2)的方向與測量臂(6)的長度方向平行。

本發(fā)明的特征在于，該方法的步驟如下：

步驟一、將測量裝置固定在二維位移臺(12)上，二維位移臺(12)能夠產(chǎn)生兩個垂直方向上的直線運動；在開始調(diào)整前，將測量臂(6)所處的位置記為a，并將位置a處的回轉(zhuǎn)臺(5)中編碼器的輸出角度記為0°；然后將一個圓環(huán)(11)套裝在二維位移臺(12)和測量裝置的外圍，調(diào)整圓環(huán)(11)的幾何軸線與回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)軸線(7)平行；以圓環(huán)(11)的幾何中心為坐標原點建立平面直角坐標系，其x軸和y軸的方向分別與二維位移臺(12)的兩個垂直運動方向平行；

步驟二、啟動激光位移傳感器(1)，使其出射激光束(2)投射在圓環(huán)(11)的內(nèi)圓柱面上，將此時的激光位移傳感器(1)的輸出記為l1；然后控制回轉(zhuǎn)臺(5)帶動測量臂(6)旋轉(zhuǎn)到180°的位置b處，將此時的激光位移傳感器(1)的輸出記為l2；計算δy＝l1-l2的值，如果δy>0，則l1>l2，控制二維位移臺(12)向y軸正方向移動(l1-l2)/2；如果δy<0，則l1<l2，控制二維位移臺(12)向y軸負方向移動(l2-l1)/2；重復(fù)此步驟的上述操作，直到δy的值接近于激光位移傳感器(1)的標稱精度值，此時可以認為l1與l2的值相等，將此時的狀態(tài)定義為回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)中心位于x軸上；

步驟三、控制回轉(zhuǎn)臺(5)帶動測量臂(6)旋轉(zhuǎn)到90°的位置c處，將此時的激光位移傳感器(1)的輸出記為l3；然后控制回轉(zhuǎn)臺(5)帶動測量臂(6)旋轉(zhuǎn)到270°的位置d處，將此時的激光位移傳感器(1)的輸出記為l4；計算δx＝l3-l4的值，如果δx>0，則l3>l4，控制二維位移臺(12)向x軸負方向移動(l3-l4)/2；如果δx<0，則l3<l4，控制二維位移臺(12)向x軸正方向移動(l4-l3)/2；重復(fù)此步驟的上述操作，直到δx的值接近于激光位移傳感器(1)的標稱精度值，此時可以認為l3與l4的值相等，將此時的狀態(tài)定義為回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)中心位于y軸上；

步驟四、經(jīng)過上述步驟二和步驟三，回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)軸線(7)與圓環(huán)(11)的幾何軸線重合，旋轉(zhuǎn)一維平移臺(3)的調(diào)節(jié)手柄(10)，使激光位移傳感器(1)沿著垂直于其出射激光束(2)的方向運動，同時記錄激光位移傳感器(1)的輸出，當該輸出達到最大值時，停止旋轉(zhuǎn)一維平移臺(3)的調(diào)節(jié)手柄(10)并擰緊鎖緊螺釘(9)，將此時的狀態(tài)定義為激光位移傳感器(1)的出射激光束(2)通過回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)中心。

在上述調(diào)整過程中，當激光位移傳感器(1)的出射激光束(2)逐漸逼近回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)中心時，激光位移傳感器(1)的輸出將會逐漸變大；當激光位移傳感器(1)的輸出第一次達到最大值時，則反向旋轉(zhuǎn)一維平移臺(3)的調(diào)節(jié)手柄(10)并比較激光位移傳感器(1)的輸出，進行反復(fù)移動和比較，直到相鄰被測點處的激光位移傳感器(1)的輸出無突變時，停止旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄(10)，并擰緊鎖緊螺釘(9)進行鎖緊和防松，此時激光位移傳感器(1)的出射激光束(2)正好通過回轉(zhuǎn)臺(5)的回轉(zhuǎn)中心，從而實現(xiàn)了調(diào)整激光位移傳感器(1)的出射激光束(2)通過回轉(zhuǎn)中心的方法。

所述圓環(huán)(11)的材質(zhì)為t10或者gcr15，經(jīng)過熱處理、滲碳等工藝，表面硬度為hrc58～63，其內(nèi)圓柱面經(jīng)過精密研磨處理，直徑精度在±0.01mm以內(nèi)，圓柱度小于0.01mm。

該方法所依托的測量裝置中的一維平移臺(3)包括一維工作臺面(8)、鎖緊螺釘(9)和調(diào)節(jié)手柄(10)；旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄(10)可以驅(qū)動一維工作臺面(8)運動，當一維工作臺面(8)到達所需位置后，通過鎖緊螺釘(9)進行鎖緊和防松。

激光位移傳感器(1)為基于點結(jié)構(gòu)光的光學測距傳感器，可以通過所發(fā)射出的出射激光束(2)對被測物體的位移進行非接觸式測量，輸出傳感器與被測物體之間的距離信息，并且具有較高的采樣頻率和分辨率。

本發(fā)明所提供的一種調(diào)整激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的方法，以二維位移臺和圓環(huán)作為輔助工具，解決了激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的調(diào)整難題，可以應(yīng)用于現(xiàn)有的非接觸式的大尺寸內(nèi)徑掃描測量裝置中，以改進現(xiàn)有裝置中存在的不足并提高裝置的測量精度，從而實現(xiàn)大尺寸內(nèi)孔半徑和輪廓參數(shù)的精確測量。

按照本發(fā)明所提供的方法對非接觸式大尺寸內(nèi)徑掃描測量裝置進行調(diào)整，確保了裝置中的激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心，因而可以直接應(yīng)用于大尺寸內(nèi)徑特征的精確測量。在應(yīng)用過程中，將經(jīng)過調(diào)整的測量裝置安裝在被測大尺寸孔徑的內(nèi)部，使測量裝置的回轉(zhuǎn)軸線與被測孔徑的幾何軸線平行，通過回轉(zhuǎn)臺帶動激光位移傳感器實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，即可實現(xiàn)被測孔徑圓周方向上的高精度掃描測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所依托的測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一維平移臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為測量臂處于0°和180°位置處的示意圖；

圖4為測量臂處于90°和270°位置處的示意圖；

圖5為調(diào)整激光束通過回轉(zhuǎn)中心的示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳述：

參見附圖1～5所示，該種調(diào)整激光位移傳感器的出射激光束通過回轉(zhuǎn)中心的方法所依托的測量裝置包括德國米銥公司的optoncdt2300-20型激光位移傳感器1、微納光科公司的wn110tm25l型一維平移臺3、傳感器連接件4、伺服回轉(zhuǎn)臺5和測量臂5等。伺服回轉(zhuǎn)臺5能夠繞自身軸線7進行360°整周回轉(zhuǎn)，測量臂6的一端通過軸孔套裝在伺服回轉(zhuǎn)臺5的輸出軸上，另一端通過安裝板固定一維平移臺3，并且使一維平移臺3的一維工作臺面8的運動方向與測量臂6的長度方向垂直；將傳感器連接件4通過螺栓固定在一維平移臺3的一維工作臺面8上，將激光位移傳感器1通過螺栓安裝在傳感器連接件4上，并調(diào)整激光位移傳感器1的空間方位，使其出射激光束2的方向與測量臂6的長度方向平行；

所述測量裝置中的手動一維平移臺3包括一維工作臺面8、鎖緊螺釘9和調(diào)節(jié)手柄10；旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄10可以驅(qū)動一維工作臺面8運動，當一維工作臺面8到達所需位置后，通過鎖緊螺釘9進行鎖緊和防松；

該方法所依托的測量裝置中的激光位移傳感器1為基于點結(jié)構(gòu)光的光學測距傳感器。

該方法的步驟如下：

步驟一、將測量裝置固定在二維位移臺12上，二維位移臺12能夠產(chǎn)生兩個垂直方向上的直線運動；在調(diào)整前，將測量臂6所處的位置記為a，并將位置a處的伺服回轉(zhuǎn)臺5中的編碼器的輸出角度記為0°；然后將一個圓環(huán)11套裝在二維位移臺12和測量裝置的外圍，調(diào)整圓環(huán)11的幾何軸線與伺服回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)軸線7平行；以圓環(huán)11的幾何中心為坐標原點建立平面直角坐標系，其x軸和y軸的方向分別與二維位移臺12的兩個垂直運動方向平行；

步驟二、啟動激光位移傳感器1，使其出射激光束2投射在圓環(huán)11的內(nèi)圓柱面上，記錄此時激光位移傳感器1的輸出，將該輸出記為l1；然后控制伺服回轉(zhuǎn)臺5使其帶動測量臂6旋轉(zhuǎn)到180°位置b處，記錄位置b處的激光位移傳感器1的輸出，將該輸出記為l2；計算δy＝l1-l2的值，如果δy>0，說明l1>l2，則控制二維位移臺12向y軸正方向移動(l1-l2)/2；如果δy<0，說明l1<l2，則控制二維位移臺12向y軸負方向移動(l2-l1)/2；重復(fù)此步驟的上述操作，直到δy的值接近于激光位移傳感器1的標稱精度值，此時可以認為l1與l2的值相等，將此時的狀態(tài)定義為伺服回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)中心位于x軸上；

步驟三、控制伺服回轉(zhuǎn)臺5帶動測量臂6旋轉(zhuǎn)到90°位置c處，記錄位置c處的激光位移傳感器1的輸出，將該輸出記為l3；然后控制伺服回轉(zhuǎn)臺5帶動測量臂6旋轉(zhuǎn)到270°位置d處，記錄位置d處的激光位移傳感器1的輸出，將該輸出記為l4；計算δx＝l3-l4的值，如果δx>0，說明l3>l4，則控制二維位移臺12向x軸負方向移動(l3-l4)/2；如果δx<0，說明l3<l4，則控制二維位移臺12向x軸正方向移動(l4-l3)/2；重復(fù)此步驟的上述操作，直到δx值接近于激光位移傳感器1的標稱精度值，此時可以認為l3與l4的值相等，將此時的狀態(tài)定義為伺服回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)中心位于y軸上；

步驟四、經(jīng)過上述步驟二和步驟三，伺服回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)軸線7與圓環(huán)11的幾何軸線重合，旋轉(zhuǎn)手動的一維平移臺3的調(diào)節(jié)手柄10，使激光位移傳感器1沿著垂直于其激光束2的方向運動，同時記錄激光位移傳感器1的輸出，當該輸出達到最大值時，停止旋轉(zhuǎn)一維平移臺3的調(diào)節(jié)手柄10并擰緊鎖緊螺釘9，則此時激光位移傳感器1的出射激光束2通過回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)中心；

當激光位移傳感器1的出射激光束2逐漸接近伺服回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)中心時，激光位移傳感器1的輸出將會逐漸變大；當激光位移傳感器1的輸出第一次達到最大值時，則反向旋轉(zhuǎn)一維平移臺3的調(diào)節(jié)手柄10并比較激光位移傳感器1的輸出，進行反復(fù)移動和比較，直到相鄰被測點處的激光位移傳感器1輸出無突變時，則停止旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄10，并擰緊鎖緊螺釘9進行鎖緊進和防松，此時激光位移傳感器1的出射激光束2正好通過伺服回轉(zhuǎn)臺5的回轉(zhuǎn)中心，從而實現(xiàn)了調(diào)整激光位移傳感器1的出射激光束2通過回轉(zhuǎn)中心的方法。

所述圓環(huán)11的材質(zhì)為t10或者gcr15，經(jīng)過熱處理、滲碳等工藝，表面硬度為hrc58～63，其內(nèi)圓柱面經(jīng)過精密研磨處理，直徑精度在±0.01mm以內(nèi)，圓柱度小于0.01mm。