一种平面度测量装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及形状误差精密测量领域，尤其涉及一种平面度测量装置及其使用方法。


背景技术：

2.在现代制造业中，随着客户对产品质量要求越来越高，对产品的检测要求也越来越严格。在一些大众消费类产品中，比如老虎钳，其钳口平面度直接影响钳口质量和产品使用寿命，因此快速、高精度、在机状态的平面度测量装置越来越受生产厂商的青睐。传统测量方法主要采用接触式方法，操作复杂，测量效率较低。
3.现有的非接触式平面度测量方法中，主要采用光学方法。cn201811574389.5公布了一种非接触式平面度测量装置，通过光谱处理设备即可利用反射的光波获得检测数据，通过移动载物台获得多个检测点高度值，检测速度慢，精度受载物台的运动精度影响； cn2015108558576公开了一种非接触式非连续平面平面度测量系统和方法，由位置敏感器探测获得基准平面，而被测表面的数据由激光位移传感器获得，该方法中位置敏感器的测量精度以及机床的平面运动误差均将直接作用在测量结果上，精度受限。cn200910180108.2 公开了一种对慢走丝切割钨及钨合金器件的平面度测量方法，将激光、被测物体和成像系统构成三角关系，并解算每个点的测量数据，该方法中载物台运动平面的误差影响测量精度。cn201720374711.4公布了一种非接触式激光产品检测系统，激光发生器发出激光后，在样品上进行反射，由激光接收器进行接收，通过不同位置的不同光程差来判断产品平面度是否符合要求，只适合精度要求不高的场合。cn201811096565.9公布了一种圆形低刚度工件的平行度及平面度测量装置及方法，采用多通道通气使工件在测量时处于悬浮状态，利用悬浮移动的运动平面作为基准面，采用距离传感器进行非接触式测量，只适合对圆形低刚度非导磁材料工件进行平面度及平行度进行测量。


技术实现要素：

4.为克服上述技术的不足，本发明目的是在于提供一种操作方便，检测精度高、易于实现自动化操作的平面度测量装置及其使用方法。
5.一方面，本发明提供了一种平面度测量装置：包括激光测头100，一维电动平移台200，回转结构300，被测平面400和上位机系统500：激光测头100包括：三角法激光传感器101、安装架102、锂电池103、单片机系统104、蓝牙天线105、平移电机驱动器106、第一螺钉108、钢丝螺套109、第二螺钉110、压紧螺母111、电池压板112和第一法兰113；第一螺钉108和钢丝螺套109将单片机系统104和平移电机驱动器106夹持在安装架的左侧102；第二螺钉110和压紧螺母111将三角法激光传感器101夹持在安装架102的中间，并利用电池压板112将锂电池103夹持在安装架的右侧102；激光测头100通过第一法兰113和一维电动平移台200连接；一维电动平移台200通过布置在底部的第二法兰201与回转结构400相连。
6.进一步地，锂电池103为三角法激光传感器101、单片机系统104、平移电机驱动器
106以及一维电动平移台200的平移电机202提供电源。
7.进一步地，三角法激光传感器101采集到的数据可通过单片机系统104预处理后，传送至上位机系统500；单片机系统104可以对平移电机驱动器106提供控制命令。
8.进一步地，回转结构300带动一维电动平移台200和激光测头100旋转，实现激光对被测平面400的圆形扫描，一维电动平移台200可调整圆形扫描半径。
9.另一方面，本方面提供了上述装置的使用方法，包括以下步骤：1） 启动回转结构300，带动一维电动平移台200和激光测头100旋转；2）单片机系统104控制一维电动平移台200运动到最大可扫描圆周半径位置，激光测头100扫描被测平面400，测算出被测平面400和回转法平面之间的纵向和横向斜度；3）控制一维电动平移台200的燕尾滑台204运动到指定扫描半径的位置1，激光测头100在位置1进行圆形扫描，形成扫描点云数据，由上位机系统根据平面度评价方法，计算剔除斜度影响后该圆周的平面度；4）重复步骤3），激光测头100在位置n的圆形扫描（n=2,3,
…
n，n》5），并根据所测圆周上的点云数据，计算出该圆周的平面度；5）根据步骤3）和步骤4）所得扫描圆周的平面度，取平均后即表示被测平面的实际平面度。
10.进一步地，在上述步骤2中，圆周半径等于回转轴线与激光束的距离，最大扫描圆周半径由一维电动平移台200的行程范围和被测平面400的尺寸决定。
11.本发明的有益效果包括：装置中激光测头100和一维电动平移台200，由锂电池103供电，装置在旋转时无绕线干扰；选择微型三角法激光传感器101和小行程一维电动平移台200，可使装置的空间小、重量轻；所述单片机系统设置无线通信功能，也可以将测量结果传送至数控系统等上位机。因此本发明可以独立使用，也可以与机床、机器人等装配有回转主轴的工艺装置，对加工状态的平面进行在机测量，提高产品的生产效率和质量。
附图说明
12.图1是一种平面度测量装置示意图；图2是激光测头示意图；图3是激光测头和一维电动平移台的电气连接；图4是测量模型示意图。
13.图中：100.激光测头；200.一维电动平移台；300.回转结构；400.被测平面；500. 上位机系统；101.三角法激光传感器；102. 安装架；103. 锂电池；104. 单片机系统；105.蓝牙天线；106. 平移电机驱动器；107.激光束；108.第一螺钉；109. 钢丝螺套；110. 第二螺钉；111.压紧螺母；112. 电池压板；113. 第一法兰；201.第二法兰；202.平移电机；203.燕尾滑座；204.燕尾滑台；301.回转结构机架；302.回转主轴；303.夹头。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
15.参考图1~图3，一种平面度测量装置，包括激光测头100，一维电动平移台200，回转
结构300，被测平面400和上位机系统500，激光测头100通过第一法兰113和一维电动平移台200连接；一维电动平移台200通过布置在底部的第二法兰201与回转结构400相连。
16.具体的，激光测头100包括：三角法激光传感器101、安装架102、锂电池103、单片机系统104、蓝牙天线10)、平移电机驱动器106、第一螺钉108、钢丝螺套109、第二螺钉110、压紧螺母111、电池压板112和第一法兰113。第一螺钉108和钢丝螺套109将单片机系统104和平移电机驱动器106夹持在安装架的左侧102。第二螺钉110和压紧螺母111将三角法激光传感器101夹持在安装架102的中间，并利用电池压板112将锂电池103夹持在安装架的右侧102。
17.作为本发明的优选方式，锂电池103为三角法激光传感器101、单片机系统104、平移电机驱动器106以及一维电动平移台200的平移电机202提供电源，并且锂电池103的输出电压和三角法激光传感器101、平移电机202的驱动电压一致。
18.作为本发明的优选方式，三角法激光传感器101采集到的数据可通过单片机系统104预处理后，通过蓝牙天线105，传送至上位机系统500。
19.作为本发明的优选方式，单片机系统104可以对平移电机驱动器106提供控制命令。
20.作为本发明的优选方式，回转结构300带动一维电动平移台200和激光测头100旋转，实现激光对被测平面400的圆形扫描，一维电动平移台200可调整圆形扫描半径。
21.参考图4，上述装置的使用方法实施如下。
22.第一步，启动回转结构300，带动一维电动平移台200和激光测头100旋转。
23.第二步， 单片机系统104控制一维电动平移台200运动到最大可扫描圆周半径位置，激光测头400扫描被测平面400，测算出被测平面400和回转法平面之间的纵向和横向斜度。
24.第三步，控制一维电动平移台200的燕尾滑台204运动到指定扫描半径的位置1，激光测头100在位置1进行圆形扫描，形成扫描点云数据，由上位机系统根据平面度评价方法，计算剔除斜度影响后该圆周的平面度。
25.第四步，重复步骤3），激光测头100在位置n的圆形扫描（n=2,3,
…
n，n》5），并根据所测圆周上的点云数据，计算出该圆周的平面度。
26.第五步，根据步骤3）和步骤4）所得扫描圆周的平面度，取平均后即表示被测平面的实际平面度。
27.作为本发明的优选方式，在上述步骤2中，圆周半径r等于回转轴线与激光束的距离，最大扫描圆周半径由一维电动平移台200的行程范围和被测平面400的尺寸决定。
28.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。