多维度激光对中仪校准装置及校准方法

技术领域

本发明属于仪器仪表校准技术领域，具体涉及一种多维度激光对中仪校准装置及校准方法。

背景技术

激光对中仪主要由一台便携式主机和两个的测量单元组成，主机和测量单元之间一般通过线缆或蓝牙的方式进行连接。对中测量技术采用的是CCD激光感应技术，具体的，每个测量单元均设置有一个线性激光发射器和一个CCD接收器，使测量单元均具有激光发射与激光接收功能。将两个测量单元安装在被测设备两端，相对发射激光束，当光束落在接收器的光电点阵采集面上时，便形成一个很小的照射区域，主机经过计算确定出该照射区域的能量中心点，随着被测设备的转动，各自光束的能量中心店也分别在对方接收器的CCD采集面上移动。通过对相对位移和角度变化的测量，配合专用的算法就能得到被测设备的位置状态，判断是否处于同一轴线上，得到相对位移偏值、角度偏差等数据。对中过程中一般需要将其中一个测量单元(固定端S)作为基准，来测量与另外一个测量单元(移动端M)在水平和竖直两个方向上不对中的程度(径向偏差和角度偏差)，通过几何关系计算得到二者在水平方向和垂直方向的偏差值和调整量。

基于上述对激光对中仪的陈述，可以看出，其作为一种精密测量仪器，其精准度直接影响被测设备的正常使用和生产，则测量精度尤为重要，则其在生产和使用过程中，均需要对激光对中仪的测量精度进行校对、校准，来提高其测量可靠性。

现有技术中，激光对中仪校准设备一般采用的是对单个测量单元进行校准，在对测量单元进行校准时，校准装置一般设置有一个固定校准端，将待校准的激光对中仪的其中一个测量单元安装至校准端，通过获取对准误差来对测量单元进行调整，由于精度有限，测量单元仍然会存在微小误差，由于激光对中仪采用的是两个测量单元进行对中检测，则两个测量单元会造成误差积累。另外，现有激光对中仪校准设备校准时，多采用将待测量单元进行固定安装的方式进行检测校准，还有少数校准设备设有激光投射距离调整机构，通过改变与固定校准端之间的距离，来进行校准，校准维度单一，然而激光对中仪使用场景复杂，可能存在多维度运行的同时进行检测。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供多维度激光对中仪校准装置及校准方法，设置多维度转变结构来模拟激光对中仪在多维度安装环境中的对中情景，来提升校准准确性。校准装置实现两个测量单元结合校准，来避免校准误差累计，降低校准误差。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种多维度激光对中仪校准装置，其关键技术在于：包括底板，该底板上对称的设置有一对支撑架，两个支撑架之间活动安装有校准支架，所述校准支架上连接有角度调节机构；所述校准支架内壁两侧对称安装有两个滑动驱动机构；每个所述滑动驱动机构对应连接有一个激光对中仪安装架，所述激光对中仪安装架上还设置有安装架旋转驱动机构。

通过上述设计，在校准支架设置角度调节机构，实现对校准支架整体进行360度角度偏转；结合滑动驱动机构，带动激光对中仪安装架沿滑动驱动机构安装方向移动；结合安装架旋转驱动机构，对激光对中仪安装架进行旋转；角度调节机构、滑动驱动机构、安装架旋转驱动机构三者驱动相互独立，互补干扰，均可对安装在激光对中仪安装架上的激光对中仪进行运动控制，若同时驱动，则形成多维运动，使激光对中仪呈多维方式进行运动。

优选地，还包括校准控制器，所述校准控制器与所述角度调节机构、滑动驱动机构、安装架旋转驱动机构连接；所述校准控制器设置有激光对中仪主机连接端口，用于连接激光对中仪主机；所述校准控制器内部设置有误差计算模块和存储器，所述误差计算模块用于计算对中数据；所述对中数据包括径向偏差和角度偏差；所述校准控制器上还连接有显示器和扫描仪。

采用校准控制器实现自动控制，结合误差计算模块计算径向偏差和角度偏差；存储器进行数据存储；显示器进行实时数据显示，扫描仪用于获取激光对中仪型号编号。

优选地技术方案为：所述支撑架上端部开设有支架安装孔；所述校准支架包括筒状的支架主体，所述支架主体的外壁两侧分别延伸出一根支架安装调节柱，所述支架安装调节柱穿设在所述支架安装孔内；所述角度调节机构包括角度调节安装盒，该角度调节安装盒内安装有角度调节电机和减速器，所述减速器与所述角度调节电机连接，所述减速器的驱动输出端从所述支架安装孔远离支架主体的一端伸入后与所述支架安装调节柱连接；所述减速器的驱动输出端连接有转速传感器和第一角度传感器，所述角度调节电机、减速器、第一转速传感器、角度传感器均与所述校准控制器连接。

采用上述方案，采用筒状的支架主体，其形状更加稳固不易变形。可以保证两个滑动驱动机构安装更加稳定，提高激光对中仪校准可靠性。两个角度调节电机安装在支架主体的外壁两侧，即可控制支架主体绕两支架安装调节柱安装线旋转。其旋转过程受角度调节电机控制。

优选地技术方案为：所述滑动驱动机构设置有限位导轨、滑块面板、丝杆电机、丝杆；所述限位导轨固定在所述校准支架上，所述滑块面板滑动连接在所述限位导轨上，所述丝杆沿所述限位导轨方向设置，所述丝杆一端与丝杆电机连接，另一端穿过所述滑块面板后活动固定在所述校准支架上；所述限位导轨上还设置有距离传感器，所述距离传感器、丝杆电机与所述校准控制器连接。

采用上述方案，将滑块面板安装在丝杆，使其在限位导轨上移动，其中，限位导轨保证了滑块面板移动平稳性和准确性。

其中限位导轨的设置方向可以为沿筒状的支架主体轴向设置，也可以与筒状的支架主体径向平行设置。

优选地技术方案为：所述激光对中仪安装架包括连接板，该连接板侧边与所述滑块面板经铰链铰接，所述连接板上端面连接有两根激光对中仪安装杆；所述安装架旋转驱动机构包括旋转电机，所述旋转电机驱动输出端与所述铰链的铰轴连接；所述旋转电机驱动输出端连接有第二角度传感器；所述滑块面板还连接有限位板，该限位板安装在所述连接板下部，所述限位板上穿设有锁定螺钉，该锁定螺钉用于抵接所述连接板；所述旋转电机、第二角度传感器与所述校准控制器连接。

采用上述方案，旋转电机控制激光对中仪沿铰链铰轴旋转，旋转到位后，采用锁定螺钉进行位置锁定，提高其旋转到位可靠性。

优选地技术方案为：为了提高校准控制精度，所述距离传感器和第一角度传感器、第二角度传感器均为时栅传感器；所述距离传感器为直线式时栅传感器；所述角度传感器为时栅角度传感器。

一种多维度激光对中仪校准方法，其关键技术在于：包括上述多维度激光对中仪校准装置，其校准方法包括以下步骤：

用于安装激光对中仪的步骤；

用于采用合格激光对中仪来对校准装置进行核定并获取标准对中数据的步骤；

用于校准装置对待校准激光对中仪进行实际对中数据集采集与校准的步骤。

采用上述步骤，在对待校准激光对中仪进行校准前，采用合格激光对中仪对校准装置进行核定，防止因为校准装置自身的误差导致误校准。经核定后，再对待校准激光对中仪进行校准，提高校准准确性。

具体的，所述用于安装激光对中仪的步骤具体为：

校准装置初始状态预设置：

设置校准支架的角度初始位置；

设置滑动驱动机构中滑块面板高度初始位置；

设置激光对中仪安装架中连接板旋转初始位置；

S11：校准控制器控制校准装置回到初始状态；

S12：将激光对中仪的两个测量单元分别安装至两个激光对中仪安装架上，并将激光对中仪的主机与两个测量单元建立通讯连接；

S13：将校准控制器与激光对中仪的主机连接。

具体的，所述用于采用合格激光对中仪来对校准装置进行核定并获取标准对中数据的步骤具体为：

预设置：设定M1个角度位置、M2个高度位置、M3个旋转位置，三者组合形成N＝M1*M2*M3个位置组合；

设定对中数据阈值，该对中数据阈值包括径向偏差阈值和角度偏差阈值；

安装合格激光对中仪，使校准控制器与合格激光对中仪的主机连接，并启动合格激光对中仪：

令初始值n＝1；n的取值范围为1到N的整数；

S21：校准控制器获取合格激光对中仪发送的启动信号；

S22：校准控制器控制校准支架滑动驱动机构的滑块面板、激光对中仪安装架的连接板回到初始位置，等待核定开始；

S23：校准控制器控制校准支架滑动驱动机构的滑块面板、激光对中仪安装架的连接板运动至第n个位置组合所对应位置；

S24：校准控制器获取当前位置组合合格激光对中仪主机的对中数据；

所述对中数据包括径向偏差和角度偏差；

S25：校准控制器判断是否完成N个位置组合核定对中数据；若是，进入步骤S26；否则，令n＝n+1；返回步骤S23；

S26：校准控制器将N个位置组合获取到的核定对中数据与对中数据阈值进行比较；若超出阈值，校准装置核定为不合格校准装置；若全不超出阈值，校准装置核定为合格校准装置，同时将N个位置组合的核定对中数据形成核定对中数据集进行保存。

具体的，所述用于校准装置对待校准激光对中仪进行实际对中数据集采集和校准的步骤具体为：

S31：校准控制器获取待校准激光对中仪编号；

S32：安装待校准激光对中仪，使校准控制器与待校准激光对中仪的主机连接，并启动待校准激光对中仪，令n＝1；

S33：校准控制器实时获取待校准激光对中仪发送的启动信号，开始收集实际对中数据；

S34：校准控制器控制校准支架滑动驱动机构的滑块面板、激光对中仪安装架的连接板运动至第n个位置组合所对应位置；

S35：校准控制器获取当前位置组合待校准激光对中仪主机的实际对中数据；

S36：校准控制器判断是否完成N个位置组合待校准激光对中仪主机的实际对中数据采集；若是，进入步骤S37；否则，令n＝n+1；返回步骤S34；

S37：校准控制器将N个位置组合获取到的待校准激光对中仪主机的实际对中数据形成实际对中数据集。

S38：校准控制器结合实际对中数据集和核定对中数据集，计算待校准激光对中仪的对中数据；

所述对中数据包括径向偏差和角度偏差；

S39：校准控制器判断步骤S38得到的对中数据是否超出对中数据阈值，若是，记录超出数据和对应位置，与待校准激光对中仪编号形成校准记录数据，依据该校准记录数据对待校准激光对中仪进行校准，校准后返回步骤S31；若否，则将该待校准激光对中仪判定为合格激光对中仪，结束校准。

本发明的有益效果为：

设计出一种多维度激光对中仪校准装置，使两个激光对中仪安装架高精度对中，则在进行校准时，若为合格产品，当两个测量单元一一对应的安装在两个激光对中仪安装架后，两个测量单元之间的偏差即为0；基于上述原理，即可对待校准的两个测量单元同时进行校准，将两个激光对中仪安装架设置在同一位置且保持同一姿态，若对中后存在偏差，即为两个测量单元对中不准确。即使本校准装置存在控制误差，两个测量同时校准，其误差值也只有一组，不会因多次校准造成误差叠加，降低校准误差。

并且角度调节机构、滑动驱动机构、安装架旋转驱动机构三者驱动相互独立，互补干扰，均可对安装在激光对中仪安装架上的激光对中仪进行运动控制，若同时驱动，则形成多维运动，使激光对中仪呈多维方式进行运动。

附图说明

图1为本发明实施例一中校准装置立体结构示意图及局部放大示意图；

图2为发明实施例一支撑架结构示意图；

图3为发明实施例一校准支架与角度调节机构连接结构示意图；

图4为本发明实施例一校准装置角度调节前后对比示意图；

图5为本发明实施例一激光对中仪安装架高度调节前后对比示意图；

图6为本发明实施例一激光对中仪安装架旋转调节前后对比示意图；

图7为本发明实施例一校准控制器控制框图；

图8为安装激光对中仪流程图；

图9为用于采用合格激光对中仪来对校准装置进行核定并获取标准对中数据的流程图；

图10为用于校准装置对待校准激光对中仪进行实际对中数据集采集与校准的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

第一实施例，如图1至图10所示，具体的：

一种多维度激光对中仪校准装置，参见图1-4，包括底板1，该底板1上对称的设置有一对支撑架2，两个支撑架2之间活动安装有校准支架3，所述校准支架3上连接有角度调节机构4；

具体的参见图2：所述支撑架2上端部开设有支架安装孔21；

参见图3和图1，所述校准支架3包括筒状的支架主体31，所述支架主体31的外壁两侧分别延伸出一根支架安装调节柱32，所述支架安装调节柱32穿设在所述支架安装孔21内；

在本实施例中，校准支架3筒内为方柱形空心筒状。支架安装调节柱32设置在校准支架3两侧外壁中心处。

图3和图1还可以看出，所述角度调节机构4包括角度调节安装盒41，该角度调节安装盒41内安装有角度调节电机42和减速器43，所述减速器43与所述角度调节电机42连接，所述减速器43的驱动输出端从所述支架安装孔21远离支架主体31的一端伸入后与所述支架安装调节柱32连接。其中，角度调节电机42和减速器43在图3和图1中未示出。但是电机与减速器配合使用来降低转速的连接结构属于现有技术，即使本实施例中不公开也不影响本申请的保护。

两个支架安装调节柱32所在中心线与校准支架3的中心线重合，即在角度调节机构4带动下，校准支架3会呈中心对称旋转。

为了测量旋转角度和输出转速，所述减速器43的驱动输出端连接有转速传感器44和第一角度传感器45，

从图1还可以看出，所述校准支架3内壁两侧对称安装有两个滑动驱动机构5；每个所述滑动驱动机构5对应连接有一个激光对中仪安装架6，所述激光对中仪安装架6上还设置有安装架旋转驱动机构7。

具体的，结合图1可以看出，所述滑动驱动机构5设置有两条限位导轨51和滑块面板52、丝杆电机53、丝杆；其中图1丝杆未示出。

所述限位导轨51固定在所述校准支架3内壁上，且沿其内壁轴向方向设置。所述滑块面板52滑动连接在所述限位导轨51上，丝杆位于两条限位导轨51之间，所述丝杆沿所述限位导轨51方向设置，与限位导轨51平行。

丝杆电机53输出端上设置有联轴器，联轴器与所述丝杆一端连接，在所述滑块面板52上开设有丝杆过孔，过孔内设置有滚珠螺纹，所述丝杆其另一端穿过所述滑块面板52的丝杆过孔。

具体实施固定是，在限位导轨51两端部还是有限位挡块，防止滑块面板52滑出脱落。

所述限位导轨51上还设置有距离传感器54，用于对滑块面板52在限位导轨51进行实时测量。

结合图1、图5、图6还可以看出，所述激光对中仪安装架6包括连接板61，该连接板61侧边与所述滑块面板52经铰链62铰接，铰链62为荷叶铰链。所述连接板61上端面连接有两根激光对中仪安装杆63。

在本实施例中，两个连接板61之间的直线距离为1m-1.3m。

两根激光对中仪安装杆63之间的距离等于激光对中仪测量单元上的两个安装孔的距离，安装时，激光对中仪测量单元上的两个安装孔恰好可以放入两根激光对中仪安装杆63中，并经激光对中仪测量单元上的卡扣锁定。

安装架旋转驱动机构7包括旋转电机，包括驱动连接板61时，通过铰链62铰轴一端连接的旋转电机实现驱动，从而带动连接板61绕铰轴转动。为了实时检测转动角度，所述旋转电机驱动输出端连接有第二角度传感器64；旋转电机为微调电机。

结合图6可以看出，驱动连接板61在铰轴驱动下，发生了旋转，使其驱动连接板61张合，在本实施例中，连接板61旋转张合角度不超出1°，为了示意张合状态，图6进行了放大处理。则在一般情况下，两侧的激光对中仪安装杆63基本保持平行状态。

从图1还可以看出，所述滑块面板52还连接有限位板55，该限位板55安装在所述连接板61下端面一侧，所述限位板55靠近连接板61下端面的一面上穿设出有至少一根锁定螺钉56，该锁定螺钉56用于抵接所述连接板61；使连接板61更加稳固。

在本实施例中，结合图7可以看出，还包括校准控制器8，其内部设置有误差计算模块81和存储器82，所述误差计算模块用于计算对中误差值；所述校准控制器8设置有激光对中仪主机连接端口，用于连接激光对中仪主机；所述校准控制器8上还连接有显示器9和扫描仪10。

并且所述校准控制器与所述角度调节机构4、滑动驱动机构5、安装架旋转驱动机构7连接；

具体的，结合图7可以看出，角度调节机构4的所述角度调节电机42、减速器43、转速传感器44、第一角度传感器45均与所述校准控制器8连接。滑动驱动机构5的所述距离传感器54、丝杆电机53与所述校准控制器8连接。安装架旋转驱动机构7的旋转电机、第二角度传感器64也与所述校准控制器8连接。

在本实施例中，所述距离传感器54和第一角度传感器45、第二角度传感器64均为时栅传感器；其中，所述距离传感器54为直线式时栅传感器；所述第一角度传感器45、第二角度传感器64为时栅角度传感器。

在本实施例中，采用时栅传感器进行测量，其中径向测量精度：0.002mm；角度测量精度：0.001°。几乎完全覆盖目前市面上几乎所有的激光对中仪型号。相比现有技术中，一般位移测量精度为0.01mm；角度测量精度为0.01°，本发明提出的精度大大提高。

一种多维度激光对中仪校准方法，包括上述的多维度激光对中仪校准装置，其校准方法包括以下步骤：

用于安装激光对中仪的步骤，结合流程图8，具体内容为的：

校准装置初始状态预设置：设置校准支架3的角度初始位置；设置滑动驱动机构5中滑块面板52高度初始位置；设置激光对中仪安装架6中连接板61旋转初始位置；

S11：校准控制器8控制校准装置回到初始状态；

S12：将激光对中仪的两个测量单元分别安装至两个激光对中仪安装架6上，并将激光对中仪的主机与两个测量单元建立通讯连接；

S13：将校准控制器8与激光对中仪的主机连接。

参见图9，用于采用合格激光对中仪来对校准装置进行核定并获取标准对中数据的步骤，具体为：

预设置：设定M1个角度位置、M2个高度位置、M3个旋转位置，三者组合形成N＝M1*M2*M3个位置组合；

本实施中，M1＝M2＝M3＝4；分别包含一个初始位置和三个调节位置；N＝64；当校准控制器8控制准支架3、滑块面板52、连接板61到达指定位置后并采用传感器进行检测核验是否到达准确。

设定对中数据阈值，该对中数据阈值包括径向偏差阈值和角度偏差阈值；

在本实施例中，径向测量精度：0.002mm；角度测量精度：0.001°。

安装合格激光对中仪，使校准控制器8与合格激光对中仪的主机连接，并启动合格激光对中仪：

令初始值n＝1；n的取值范围为1到64的整数；

S21：校准控制器8获取合格激光对中仪发送的启动信号；

S22：校准控制器8控制校准支架3滑动驱动机构5的滑块面板52、激光对中仪安装架6的连接板61回到初始位置，等待核定开始；

S23：校准控制器8控制校准支架3滑动驱动机构5的滑块面板52、激光对中仪安装架6的连接板61运动至第n个位置组合所对应位置；

S24：校准控制器8获取当前位置组合合格激光对中仪主机的对中数据；

所述对中数据包括径向偏差和角度偏差；

S25：校准控制器8判断是否完成64个位置组合核定对中数据；若是，进入步骤S26；否则，令n＝n+1；返回步骤S23；

S26：校准控制器8将64个位置组合获取到的核定对中数据与对中数据阈值进行比较；若超出阈值，校准装置核定为不合格校准装置；若全不超出阈值，校准装置核定为合格校准装置，同时将64个位置组合的核定对中数据形成核定对中数据集进行保存。

结合图4可以看出，校准支架3角度调节后，使校准支架3进行了逆时针旋转。

结合图5可以看出，滑块面板52高度调节后，滑块面板52带动激光对中仪安装架6进行了高度方向的调节；

结合图6可以看出，驱动连接板61在铰轴驱动下，发生了旋转，使其连接板61张合，在本实施例中，驱动连接板61旋转张合角度不超出1°，为了示意张合状态，图6进行了放大处理。

用于校准装置对待校准激光对中仪进行实际对中数据集采集和校准的步骤具体为：

S31：校准控制器8获取待校准激光对中仪编号；

S32：安装待校准激光对中仪，使校准控制器8与待校准激光对中仪的主机连接，并启动待校准激光对中仪，令n＝1；

S33：校准控制器8实时获取待校准激光对中仪发送的启动信号，开始收集实际对中数据；

S34：校准控制器8控制校准支架3滑动驱动机构5的滑块面板52、激光对中仪安装架6的连接板61运动至第n个位置组合所对应位置；

S35：校准控制器8获取当前位置组合待校准激光对中仪主机的实际对中数据；

S36：校准控制器8判断是否完成64个位置组合待校准激光对中仪主机的实际对中数据采集；若是，进入步骤S37；否则，令n＝n+1；返回步骤S34；

S37：校准控制器8将64个位置组合获取到的待校准激光对中仪主机的实际对中数据形成实际对中数据集；

S38：校准控制器8结合实际对中数据集和核定对中数据集，计算待校准激光对中仪的对中数据；

所述对中数据包括径向偏差和角度偏差；

S39：校准控制器8判断步骤S38得到的对中数据是否超出对中数据阈值，若是，记录超出数据和对应位置，与待校准激光对中仪编号形成校准记录数据，依据该校准记录数据对待校准激光对中仪进行校准，校准后返回步骤S31；若否，则将该待校准激光对中仪判定为合格激光对中仪，结束校准。

本发明中，当对中数据超出对中数据阈值后，对该待校准激光对中仪进行标记并反生产车间按照记录数据进行反向校准。

作为另一实施方式，与第一实施例不同的是：校准支架3内壁安装多组限位导轨组，每组限位导轨组设置两条限位导轨，对称安装，限位导轨并与校准支架3筒行内壁径向平行。

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。