一種全自動(dòng)大型測量設(shè)備現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的制作方法

本發(fā)明是一種全自動(dòng)大尺寸測量設(shè)備現(xiàn)場標(biāo)定裝置，屬于幾何量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前大型工業(yè)測量系統(tǒng)的問題是如何解決測量系統(tǒng)的現(xiàn)場校準(zhǔn)。定長尺在長度和精度上都不能滿足現(xiàn)場的需要。因此，國外一些機(jī)構(gòu)開始嘗試使用激光干涉技術(shù)來解決這個(gè)問題。目前，美國在解決激光跟蹤儀等坐標(biāo)測量儀器的現(xiàn)場標(biāo)定方面做了大量工作。

美國Tetra Precision研發(fā)的激光球桿LBB（Laser Ball Bar）結(jié)合激光干涉儀和球桿，可在1m內(nèi)快速校準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床和坐標(biāo)測量機(jī)。

為了解決激光跟蹤儀的校準(zhǔn)問題，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開發(fā)了LRCS-Laser Rail Calibration System（LRCS-Laser Rail Calibration System），它包括一個(gè)激光干涉儀、兩個(gè)導(dǎo)軌、滑臺(tái)和支撐架，在激光跟蹤儀工作現(xiàn)場提供標(biāo)準(zhǔn)長度，導(dǎo)軌總長3m，有效工作范圍2.5m，1m測量精度約6μm。其中一根導(dǎo)軌由兩個(gè)重型三腳架支撐。一個(gè)三腳架用于升高導(dǎo)軌的一個(gè)支點(diǎn)，另一個(gè)三腳架用于降低導(dǎo)軌的第二個(gè)支點(diǎn)。通過調(diào)整三腳架的高度，可以將導(dǎo)軌的姿態(tài)從水平狀態(tài)調(diào)整到對(duì)角狀態(tài)。另一根導(dǎo)軌垂直放置在其中一個(gè)可調(diào)節(jié)高度的三腳架上，干涉儀根據(jù)測量需要依次放置在兩個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)軌上。由于使用了重型三腳架，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好，不會(huì)因?yàn)槭謩?dòng)工作臺(tái)而引入較大的隨機(jī)誤差，但測量比較麻煩和費(fèi)時(shí)。

美國 API 公司（Automated Precision Inc.）于 2004 年開發(fā)了 LaserRail-TM-System。導(dǎo)軌總長 2m，可在水平、垂直和傾斜工作模式下使用激光跟蹤儀測量長度。比較。系統(tǒng)導(dǎo)軌由便攜式三腳架支撐。導(dǎo)軌的水平度和傾斜度也是通過調(diào)整三腳架的高度來調(diào)整的。通過將其中一個(gè)腳架更換為地面支撐座，導(dǎo)軌可以處于垂直狀態(tài)。該系統(tǒng)采用緊湊型激光干涉儀，將干涉儀集成在導(dǎo)軌中，使其不占用導(dǎo)軌長度，結(jié)構(gòu)更加緊湊。由于結(jié)構(gòu)太輕，移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)容易引入振動(dòng)干擾，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

中國北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究院于2009年推出激光跟蹤儀現(xiàn)場評(píng)估裝置，該裝置采用框架式底座，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)可在0°～ 90°，可控制。移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，干涉儀測長，分體控制箱。但是，該系統(tǒng)中使用的姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)需要手動(dòng)拔銷定位和螺母鎖緊。由于梁的重量，需要多人調(diào)整和鎖定姿勢(shì)。調(diào)整費(fèi)時(shí)費(fèi)力；由于手動(dòng)調(diào)節(jié)鎖緊，鎖緊力的調(diào)節(jié)不一致，影響每次測量的直線度的重復(fù)性，從而影響精度。另外，單獨(dú)的控制系統(tǒng)的使用使得操作和搬運(yùn)不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有大型測量設(shè)備現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置測量操作不便、測量效率低的問題。本發(fā)明提供了一種全自動(dòng)大尺寸測量設(shè)備現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種用于大型測量設(shè)備的全自動(dòng)現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置，由三部分組成：與控制系統(tǒng)集成的可移動(dòng)調(diào)整底座；模塊化自動(dòng)姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)；線性長度測量組件；

與控制系統(tǒng)集成的可移動(dòng)和可調(diào)底座，包括集成控制系統(tǒng)、底座、支腳和萬向腳輪；底座是裝置的基礎(chǔ)，底座的一端向內(nèi)開有凹槽，用于放置直線導(dǎo)軌組件端部；安裝在底座四角的四個(gè)可調(diào)節(jié)支腳，可輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備的水平調(diào)節(jié)功能；通過萬向腳輪可以方便地實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)裝置的快速移動(dòng)；底座上安裝集成控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與串口連接 電腦通訊，通過計(jì)算軟件自動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)和絲杠推桿；

模塊化自動(dòng)調(diào)姿機(jī)構(gòu)，包括一體式支撐架、調(diào)姿架、梯形絲杠推桿、調(diào)姿電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、預(yù)緊螺釘、內(nèi)嵌黃銅套、外置黃銅套；

兩個(gè)梯形絲杠推桿的一端固定安裝在一體化支撐架上，另一端固定安裝在姿態(tài)調(diào)節(jié)架上；兩根梯形絲杠推桿與姿態(tài)調(diào)節(jié)架可繞軸旋轉(zhuǎn)，一體式支撐架與底座固定連接，梯形絲杠推桿可升至不同高度，實(shí)現(xiàn)0°～90°調(diào)整。姿態(tài)調(diào)整架角度；電機(jī)固定在兩個(gè)梯形絲杠推桿的底部；

上端敞開的一體式支撐架，其內(nèi)側(cè)兩側(cè)裝有兩個(gè)鑲嵌黃銅套，姿態(tài)調(diào)節(jié)架旋轉(zhuǎn)孔的兩端裝有兩個(gè)外黃銅套，轉(zhuǎn)軸通過鑲嵌黃銅套與外黃銅套用預(yù)緊螺釘鎖緊，確保姿態(tài)調(diào)節(jié)架繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無間隙；軸的右端設(shè)計(jì)有鎖緊防轉(zhuǎn)螺紋孔，螺釘通過孔旋入一體式支撐架上，鎖緊后整個(gè)姿態(tài)調(diào)節(jié)架圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。內(nèi)嵌黃銅套與外黃銅套接觸面外徑為轉(zhuǎn)軸直徑的三倍以上，內(nèi)黃銅套和外黃銅套均采用石墨自潤滑設(shè)計(jì)；

直線測長組件包括：導(dǎo)軌安裝架、電機(jī)、導(dǎo)軌、導(dǎo)軌安裝塊、滑臺(tái)、反射鏡安裝座、干涉鏡、干涉儀、干涉儀、調(diào)節(jié)座、臨時(shí)調(diào)節(jié)塊、調(diào)節(jié)螺釘；

導(dǎo)軌安裝架與調(diào)姿架通過螺釘固定連接；導(dǎo)軌通過導(dǎo)軌安裝塊安裝在導(dǎo)軌安裝架上；導(dǎo)軌安裝架側(cè)面對(duì)稱安裝“Z”形臨時(shí)調(diào)節(jié)塊，臨時(shí)調(diào)節(jié)塊通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的直線度；調(diào)整完成后，將導(dǎo)軌安裝塊鎖緊后，即可取下臨時(shí)調(diào)整塊和調(diào)整螺釘；可有效調(diào)整導(dǎo)軌的直線度，提高測長精度；滑臺(tái)安裝在導(dǎo)軌上；滑臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)螺桿或皮帶連接至所需位置；滑臺(tái)配有鏡子安裝座；鏡安裝座上端設(shè)計(jì)有球座，側(cè)面用于安裝干涉鏡；干涉儀通過調(diào)節(jié)座安裝在導(dǎo)軌上安裝架的一端，干涉儀前端安裝干涉儀產(chǎn)生干涉光。

鏡座由導(dǎo)磁鋼制成。

底座采用鋼板焊接框架結(jié)構(gòu)，一次性加工。

工作過程為：先將標(biāo)定裝置水平放置，將激光跟蹤儀、激光雷達(dá)等大尺寸測量設(shè)備按圖中所示位置放置在標(biāo)定裝置干涉儀的對(duì)面；然后將激光跟蹤儀1.5寸鏡（25)安裝在反射鏡安裝座的球座上，開啟激光跟蹤儀和校準(zhǔn)裝置，滑臺(tái)運(yùn)行至零位，測量分別記錄激光跟蹤儀和標(biāo)定裝置的數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)后，滑臺(tái)按照預(yù)設(shè)的距離行進(jìn)一個(gè)位置，重復(fù)上述測量，最后計(jì)算到預(yù)設(shè)位置的距離將跟蹤器和標(biāo)定裝置調(diào)零，比較得到被標(biāo)定設(shè)備的現(xiàn)場測量誤差。

集成控制系統(tǒng)的移動(dòng)可調(diào)底座由底座、可旋轉(zhuǎn)可調(diào)支腳、萬向腳輪和控制系統(tǒng)組成；安裝在底座上的四個(gè)萬向腳輪處于可調(diào)腳抬高的狀態(tài)自動(dòng)測量設(shè)備，方便在現(xiàn)場校準(zhǔn)設(shè)備的車間內(nèi)實(shí)現(xiàn)整個(gè)大型測量設(shè)備的移動(dòng)；安裝在底座上的四個(gè)可調(diào)腳可實(shí)現(xiàn)底座的初步調(diào)平。整平后，萬向腳輪與地面分離，增加了設(shè)備的測量時(shí)間。穩(wěn)定性；

全自動(dòng)整體調(diào)整結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)。當(dāng)客戶選擇不同量程的定制現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置時(shí)，該模塊無需修改即可使用；

有益效果

1、 本裝置采用模塊化自動(dòng)調(diào)姿機(jī)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌，通過計(jì)算機(jī)編程，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)測長元件在0°～90°之間的位置調(diào)整和工件工作位置的調(diào)整。導(dǎo)軌滑動(dòng)。提高校準(zhǔn)裝置的現(xiàn)場校準(zhǔn)效率；

2、采用模塊化方案，方便客戶針對(duì)不同行程定制現(xiàn)場校準(zhǔn)設(shè)備；

3、通過將控制組件集成到底座中，方便現(xiàn)場移動(dòng)和使用設(shè)備；

4、通過表面接觸預(yù)緊力和石墨潤滑，保證轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無間隙。雙梯形螺桿可有效增加系統(tǒng)穩(wěn)定性；

5、臨時(shí)調(diào)節(jié)塊（23)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌直線度（9)通過調(diào)節(jié)螺絲（24)）自動(dòng)測量設(shè)備，可有效調(diào)節(jié)導(dǎo)軌直線度，提高精度）長度測量。

圖紙說明

圖1為本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明精密轉(zhuǎn)軸及導(dǎo)軌的調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的操作示意圖。

其中，1—集成控制系統(tǒng)，2—底座，3—銷腳，4—萬向腳輪，5—集成支撐架，6—姿態(tài)調(diào)節(jié)架，7—導(dǎo)軌安裝架，8-電機(jī)，9—導(dǎo)軌，10—導(dǎo)軌安裝塊，11—滑臺(tái)，12—鏡安裝座，13—干涉鏡，14—干涉儀，15—干涉儀，16—調(diào)節(jié)座，17—梯形絲桿推桿，18—姿態(tài)調(diào)節(jié)電機(jī)， 19—轉(zhuǎn)軸，20—預(yù)緊螺釘，21—預(yù)緊黃銅套，22—預(yù)埋黃銅套，23—臨時(shí)調(diào)節(jié)塊，24—調(diào)節(jié)螺釘。

具體實(shí)現(xiàn)方法

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

示例 1

一種用于大型測量設(shè)備的全自動(dòng)現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置，它由三部分組成：與控制系統(tǒng)集成的可移動(dòng)調(diào)整座；模塊化自動(dòng)姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)；線性長度測量組件。

集成控制系統(tǒng)的移動(dòng)可調(diào)底座，包括集成控制系統(tǒng)1、基地2、鈿腳3和萬向腳輪4；底座2是裝置的基礎(chǔ)，底座2的一端向內(nèi)開有凹槽，用于放置直線導(dǎo)軌組件的端部。安裝在底座2的四角的四個(gè)可調(diào)腳3可以方便設(shè)備的水平調(diào)節(jié)功能。全方位腳輪4可以方便校準(zhǔn)裝置的快速移動(dòng)。集成控制系統(tǒng)1安裝在底座2上，控制系統(tǒng)1通過串口與計(jì)算機(jī)通訊，通過計(jì)算軟件自動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)11和絲杠推桿17；

模塊化自動(dòng)調(diào)姿機(jī)構(gòu)，含一體式支撐架5、調(diào)姿架6、梯形螺軸推桿17、調(diào)姿馬達(dá)18、轉(zhuǎn)軸19、預(yù)壓螺20、Inner-Embedded Brass Set 21、Outside-Inlayed Brass Set 22;

兩個(gè)梯形絲杠推桿17的一端固定安裝在一體式支撐架5上，一端固定安裝在姿態(tài)調(diào)節(jié)架6上；兩個(gè)梯形絲杠推桿17和姿態(tài)調(diào)節(jié)架6可繞軸19轉(zhuǎn)動(dòng)，一體式支撐架5與底座2固定連接，梯形絲杠推桿17升高到不同高度實(shí)現(xiàn)0° ～90°調(diào)姿架角度調(diào)整 6.電機(jī)18固定在兩個(gè)梯形絲杠推桿17的底端。

上端敞開的一體式支撐架5在其內(nèi)側(cè)兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)內(nèi)嵌黃銅套21，一體式調(diào)姿架6在其兩端安裝有兩個(gè)外置黃銅套22。轉(zhuǎn)孔，轉(zhuǎn)軸19穿過內(nèi)嵌黃銅套21和外嵌黃銅套22并用預(yù)緊螺釘20鎖緊，確保姿態(tài)調(diào)節(jié)架6繞轉(zhuǎn)軸19旋轉(zhuǎn)時(shí)無間隙轉(zhuǎn)軸19的右端設(shè)計(jì)有鎖緊不轉(zhuǎn)螺紋，通過孔將螺釘旋入一體式支撐架5。鎖緊后，整個(gè)調(diào)姿架6圍繞轉(zhuǎn)軸19轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)嵌黃銅套21與外黃銅套22接觸面的外徑為轉(zhuǎn)軸直徑的3倍。次，內(nèi)嵌黃銅套21和外置黃銅套22均采用石墨自潤滑設(shè)計(jì)；

線長測量組件包括：導(dǎo)軌安裝架7、motor8、guide9、guideinstallation block10、滑臺(tái)11、反鏡裝座12、擾儀鏡13、interferometer1 4、interferometer15、調(diào)座16、臨時(shí)調(diào)整塊23、調(diào)整螺絲24;

導(dǎo)軌安裝架7與姿態(tài)調(diào)節(jié)架6通過螺釘固定連接；導(dǎo)軌9通過導(dǎo)軌安裝塊10安裝在導(dǎo)軌安裝架7上。導(dǎo)軌安裝架7的側(cè)面對(duì)稱安裝有“Z”形臨時(shí)調(diào)節(jié)塊23，臨時(shí)調(diào)節(jié)塊23通過調(diào)節(jié)螺釘24調(diào)節(jié)導(dǎo)軌9的直線度。調(diào)整完成后，導(dǎo)軌安裝塊10被鎖緊，臨時(shí)調(diào)整塊23和調(diào)整螺釘24可以拆下?？捎行д{(diào)整導(dǎo)軌的直線度，增加測量。長精度?；_(tái)11安裝在導(dǎo)軌9上；滑臺(tái)11由電機(jī)8帶動(dòng)螺桿或皮帶至所需位置；滑臺(tái)11上安裝有反射鏡安裝座12；反光鏡安裝座12由導(dǎo)磁鋼制成；反射鏡安裝座12的上端設(shè)計(jì)有1.5英寸球座，側(cè)面用于安裝干涉儀反射鏡13。干涉儀15通過調(diào)節(jié)安裝在導(dǎo)軌安裝架7的一端座16，干涉儀14安裝在干涉儀15的前端，產(chǎn)生干涉光。

本發(fā)明的工作過程見圖3。首先將標(biāo)定裝置水平放置，將激光跟蹤儀和大尺寸激光雷達(dá)測量設(shè)備按圖中所示位置放置在標(biāo)定裝置干涉儀的對(duì)面；反射鏡25安裝在反射鏡座12球座上，開啟激光跟蹤儀和校準(zhǔn)裝置，滑臺(tái)11運(yùn)行至零位，分別記錄激光跟蹤儀和校準(zhǔn)裝置的測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集??完成后，滑臺(tái)按照預(yù)設(shè)的距離行進(jìn)一個(gè)位置重復(fù)上述測量，最后計(jì)算出跟蹤器和校準(zhǔn)裝置預(yù)設(shè)位置到零點(diǎn)的距離，并比較它們以獲得被校準(zhǔn)設(shè)備的現(xiàn)場測量誤差。同理，水平姿態(tài)測量完成后，還可以進(jìn)行45°、90°等姿態(tài)測量。具體職位請(qǐng)參考ASME B89.4.19 2004 安排。系統(tǒng)采用干涉儀背靠背檢測，檢測數(shù)據(jù)表明其測量不確定度達(dá)到(2.0+1.5L)μm，滿足激光跟蹤儀和激光雷達(dá)的現(xiàn)場標(biāo)定要求。