一種用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置，屬于測量技術領域。
【背景技術】
[0002]步距規(guī)，也叫節(jié)距規(guī)，階梯規(guī)，英文名稱為:st印gage。它是一種實物標準器，由若干精密的量塊直線排列，永久固定于一個堅固的框架中，框架表面進行噴塑或鍍層保護處理，可用于檢測機床工作臺移動精度和校準三坐標測量機示值誤差，便于調整機床以補償誤差，提高設備定位精度；也可滿足測高儀、千分尺、卡尺等(儀器)萬能量具的高效校準需求。
[0003]步距規(guī)的應用在國外相對成熟，我國近十年來引進了大量的步距規(guī)，大部分用于坐標測量機的校準和數(shù)控機床的檢測。目前國內也已經(jīng)有生產(chǎn)步距規(guī)的廠家，關于步距規(guī)生產(chǎn)的國家標準以及關于步距規(guī)校準的國家技術規(guī)范都已出版。
[0004]目前，德國、日本、韓國等國家都已研制建立了步距規(guī)校準裝置，通常采用在坐標測量機上接觸式的測量方法，但成本較高。也有采用量塊比較測量的方法進行校準的，但是由于步距規(guī)尺寸鏈太多，無法做到每個尺寸值都校準，并且由于手工比較測量，定位不準確，也影響了校準的準確度。在我國，步距規(guī)已經(jīng)廣泛應用，在步距規(guī)的校準方法上也進行積極的探索，但是基本上也還是采用坐標測量機上直接測量和與量塊比較測量的方法進行校準。因為國防系統(tǒng)的特殊需求，相對其它行業(yè)而言步距規(guī)的應用具有范圍廣，精度要求高的特點，中航工業(yè)北京長城計量測試技術研宄所早在十多年前已經(jīng)開展步距規(guī)的校準工作，同時對步距規(guī)的校準技術進行研宄。在應用接觸法對步距規(guī)進行校準的時候發(fā)現(xiàn)，由于機械加工技術的進步，坐標測量機的精度日益提高，然而由于測頭的定位精度具有不可逾越的局限性，使得應用接觸法進行步距規(guī)的校準很難有所突破，難以達到量值傳遞的需求，因此在利用非接觸式(光電顯微鏡)進行瞄準定位方面進行了一些探索和研宄。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服針對步距規(guī)的接觸式測量方法存在的問題，提出一種用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明是一種用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置，其特征在于:其包括:激光器(I)、瞄準定位系統(tǒng)(2)、環(huán)境傳感器(3)、控制系統(tǒng)(4)、調整機構(5)、導軌(6)、橋框
[7]、工作臺(8)、基體(9)、位移機構(10)和材料傳感器(11)ο
[0008]激光器⑴的作用是:測量被測物步距規(guī)(40)的測量端面與激光器⑴之間的相對距離，稱為測量距離。
[0009]瞄準定位系統(tǒng)(2)的作用是:瞄準被測物步距規(guī)(40)的測量端面。
[0010]環(huán)境傳感器(3)的作用是:監(jiān)測所述用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置的環(huán)境溫度、濕度和壓力，并將各測量值輸出至控制系統(tǒng)(4)。
[0011]材料傳感器(11)的作用是:監(jiān)測被測物步距規(guī)(40)的溫度，并將測量值輸出至控制系統(tǒng)(4) ο
[0012]控制系統(tǒng)(4)的功能是:①接收激光器⑴測量得到的測量距離數(shù)據(jù)；?接收環(huán)境傳感器(3)發(fā)送來的環(huán)境溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)；③接收材料傳感器(11)發(fā)送來的被測物步距規(guī)(40)的溫度數(shù)據(jù)；④向位移機構(10)發(fā)送移動指令和停止指令。⑤根據(jù)環(huán)境傳感器(3)發(fā)送來的環(huán)境溫度、濕度、壓力以及被測物步距規(guī)(40)的溫度數(shù)據(jù)對激光器(I)發(fā)送來的測量距離進行修正，得到修正測量值。
[0013]調整機構(5)的作用是:調整被測物步距規(guī)(40)的測量軸線導軌(6)平行，并與激光器(I)的光軸重合。
[0014]位移機構(10)的作用是:推動工作臺⑶在導軌(6)上運動。
[0015]所述基體(9)采用大理石材料。
[0016]所述導軌(6)采用空氣靜壓導軌。
[0017]所述系統(tǒng)各部件的連接關系為:
[0018]基體(9)固定在水平面上，導軌(6)固定安裝于基體(9)的上表面；工作臺(8)安裝于導軌(6)上，工作臺(8)可沿導軌(6)運動；位移機構(10)的一個端面固定于基體(9)上，另一個端面固定于工作臺(8)上；調整機構(5)固定于工作臺(8)上，并位于導軌(6)的正上方，調整機構(5)的軸線與導軌(6)平行。測量時，被測物步距規(guī)(40)固定安裝于調整機構(5)的上表面；材料傳感器(11)固定于被測物步距規(guī)(40)上。
[0019]激光器(I)固定在基體(9)上表面上，其光軸與導軌(6)平行；橋框(7)為橋型結構，其固定于基體(9)上表面上，并跨在導軌(6)的兩側；瞄準定位系統(tǒng)(2)固定于橋框
(7)上，并且當調整機構(5)和被測物步距規(guī)(40)在導軌(6)上移動時，瞄準定位系統(tǒng)(2)能夠瞄準被測物步距規(guī)(40)的各測量端面。
[0020]環(huán)境傳感器(3)固定于激光器(I)與被測物步距規(guī)(40)之間一位置。
[0021]所述用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置的工作過程為:
[0022]步驟O:設置符號i為一變量，并設置其初始值為l，i e [1，N]，N為被測物步距規(guī)
(40)的測量端面的數(shù)量。
[0023]步驟1:利用調整機構(5)調整被測物步距規(guī)(40)的測量軸線與導軌(6)平行，并與激光器(I)的光軸重合。
[0024]步驟2:控制系統(tǒng)⑷向位移機構(10)發(fā)送移動指令。
[0025]步驟3:位移機構(10)接收到移動指令后，推動工作臺(8)在導軌(6)上，向瞄準定位系統(tǒng)(2)的方向運動。
[0026]步驟4:當被測物步距規(guī)(40)的第i個測量端面到達瞄準定位系統(tǒng)(2)的瞄準位置時，瞄準定位系統(tǒng)(2)產(chǎn)生瞄準信號，并將瞄準信號發(fā)送至激光器(I);激光器(I)接收到瞄準信號，記錄當前測量距離，并將其發(fā)送給控制系統(tǒng)⑷；控制系統(tǒng)⑷采集環(huán)境傳感器(3)和材料傳感器(11)的實時數(shù)據(jù)。
[0027]所述實時數(shù)據(jù)包括環(huán)境溫度、濕度、壓力以及被測物步距規(guī)(40)的溫度。
[0028]步驟5:控制系統(tǒng)(4)根據(jù)環(huán)境傳感器(3)發(fā)送來的環(huán)境溫度、濕度、壓力以及材料傳感器(11)發(fā)送來的被測物步距規(guī)(40)的溫度數(shù)據(jù)對激光器(I)發(fā)送來的當前測量距離進行修正，得到當前修正測量值。
[0029]步驟6:變量i的值自增1，同時位移機構(10)繼續(xù)推動工作臺⑶在導軌(6)上，向瞄準定位系統(tǒng)(2)的方向運動，重復步驟4至步驟6的操作，直到瞄準定位系統(tǒng)(2)瞄準完成被測物步距規(guī)(40)的所有端面，控制系統(tǒng)(4)向位移機構(10)發(fā)送停止指令。
[0030]步驟7:位移機構(10)接收到停止指令后，終止操作。
[0031]經(jīng)過上述步驟的操作，使用所述用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置完成對被測物步距規(guī)(40)的所有測量端面的非接觸式測量。
[0032]有益效果
[0033]本發(fā)明提出的用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置與已有針對步距規(guī)的接觸式測量方法相比較，具有如下優(yōu)點:
[0034]①實時采集環(huán)境參數(shù)和步距規(guī)的溫度信息，提高了測量精度。
[0035]②實現(xiàn)了步距規(guī)的非接觸測量只需要一個運動軸，相對于接觸式測量至少需要兩個運動軸，簡化了機械結構，同時提高了測量精度。
[0036]③測量過程實現(xiàn)自動測量，減少了環(huán)境對測量的影響，提高了工作效率。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置的結構的示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明【具體實施方式】中圖1中所述用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置在移除位移機構(10)以后的右視圖(其不包含)；
[0039]其中，1-激光器、2-瞄準定位系統(tǒng)、3-環(huán)境傳感器、4-控制系統(tǒng)、5-調整機構、6-導軌、7-橋框、8-工作臺、9-基體、10-位移機構、11-材料傳感器、12-第I測量端面、13-第2測量端面、14-第3測量端面、15-第4測量端面、16-第5測量端面、17-第6測量端面、18-第7測量端面、19-第8測量端面、40-被測物步距規(guī)。
【具體實施方式】
[0040]下面通過附圖和具體實施例對本發(fā)明技術方案進行詳細描述。
[0041]本實施例中的用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置，其結構如圖1所示，其包括:激光器1、瞄準定位系統(tǒng)2、環(huán)境傳感器3、控制系統(tǒng)4、調整機構5、導軌6、橋框7、工作臺8、基體9、位移機構10和材料傳感器11。
[0042]激光器I的作用是:測量被測物步距規(guī)40的測量端面與激光器I之間的相對距離，稱為測量距離。激光器I采用穩(wěn)頻633nm的He-Ne激光波長作為長度測量基準。
[0043]瞄準定位系統(tǒng)2的作用是:瞄準被測物步距規(guī)40的測量端面。瞄準定位系統(tǒng)2采用光電顯微鏡，其瞄準重復性為20nm。
[0044]環(huán)境傳感器3的作用是:監(jiān)測所述用于步距規(guī)測量的非接觸式測量裝置的環(huán)境溫度、濕度和壓力，并將各測量值輸出至控制系統(tǒng)4。
[0045]材料傳感器11的作用是:監(jiān)測被測物步距規(guī)40的溫度，并將測量值輸出至控制系統(tǒng)4。
[0046]控制系統(tǒng)4的功能是:①接收激光器I測量得到的測量距離數(shù)據(jù)；②接收環(huán)境傳感器3發(fā)送來的環(huán)境溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)；③接收材料傳感器11發(fā)送來的被測物步距規(guī)40的溫度