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专利名称：一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311607839.7

专利申请（专利权）人：中船九江精达开云优惠体育网页版入口股份有限公司
权利人地址：江西省九江市濂溪区长江大道1699号

专利发明（设计）人：王星星,徐小宗,马晓天,巢林,王伟,艾敏

专利摘要：本发明属于光电位移精密测量技术领域，具体涉及一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，包括操作台，操作台的上部安装有支撑架，操作台上设置有被测光电编码器，操作台的上部还安装有，转动台，转动台用于为被测光电编码器承托，第一多面棱体，第一多面棱体通过一圆杆与被测光电编码器相连接，且第一多面棱体与被测光电编码器为同心设置，两个光电自准直仪本体，两个光电自准直仪本体设置于支撑架的中部，并对准第一多面棱体，且两个光电自准直仪本体为对向设置。本发明能够更加精确地计算出被测光电编码器的高精度测角误差结果，从而可以消除多面棱体转动过程中可能产生的误差，并且可以提高测量范围和灵敏度。

主权利要求：
1.一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，包括操作台(1)，其特征在于：所述操作台(1)的上部安装有支撑架(2)，所述操作台(1)上设置有被测光电编码器(4)，所述操作台(1)的上部还安装有：转动台(3)，所述转动台(3)用于为所述被测光电编码器(4)承托；
第一多面棱体(5)，所述第一多面棱体(5)通过一圆杆与所述被测光电编码器(4)相连接，且所述第一多面棱体(5)与所述被测光电编码器(4)为同心设置；
两个光电自准直仪本体(6)，两个所述光电自准直仪本体(6)设置于所述支撑架(2)的中部，并对准所述第一多面棱体(5)，且两个所述光电自准直仪本体(6)为对向设置，用于同时测量出被测光电编码器(4)的测角误差值；
处理器(7)，该所述处理器(7)通过导线与两个所述光电自准直仪本体(6)相连接，用于读取两个光电自准直仪本体(6)同时测量出的测角误差值并分析；
所述支撑架(2)顶部的内侧转动连接有转动杆(9)，且所述转动杆(9)于所述第一多面棱体(5)的中心位置处相连接，所述支撑架(2)的顶部安装有电机(8)，所述电机(8)的输出端竖直向下并穿过所述支撑架(2)与所述转动杆(9)相连接；
所述支撑架(2)上还安装有对比结构，所述对比结构用于与所述第一多面棱体(5)对比；
所述对比结构包括有固定在所述支撑架(2)顶部的内侧的固定管(11)，且所述固定管(11)套接在所述转动杆(9)的外侧，所述固定管(11)的内侧安装有多个滚珠(23)，且所述滚珠(23)与所述转动杆(9)的外壁相接触，所述固定管(11)上还设置有润滑结构，所述润滑结构用于为所述滚珠(23)润滑；
所述固定管(11)的底部还固定有第二多面棱体(10)，所述第二多面棱体(10)的中部设置有一孔洞，所述转动杆(9)穿过该所述第二多面棱体(10)上的孔洞与所述第一多面棱体(5)相连接；
所述第二多面棱体(10)的下部安装有至少一个制动结构，所述制动结构用于为所述第二多面棱体(10)快速制动。
2.根据权利要求1所述的一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，其特征在于：
所述制动结构包括有安装在所述第二多面棱体(10)下部的安装框(14)，所述安装框(14)的内侧滑动连接有制动块(17)，所述安装框(14)的内侧且位于所述制动块(17)的上部固定有电磁铁(15)，所述制动块(17)和所述安装框(14)之间且位于所述电磁铁(15)的外侧安装有弹簧(16)，所述制动块(17)为磁铁材质，且所述电磁铁(15)靠近所述制动块(17)所产生的磁极与所述制动块(17)靠近所述电磁铁(15)的磁极相同；
所述安装框(14)的内侧还安装有防护机构，所述防护机构用于为所述制动块(17)防护。
3.根据权利要求2所述的一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，其特征在于：
所述防护机构包括有所述制动块(17)的一侧向上伸出的啮合板(19)，所述啮合板(19)的一侧啮合连接有第一齿轮(20)，所述第一齿轮(20)的一端通过一光杆连接有第二齿轮(21)，且所述第一齿轮(20)和所述第二齿轮(21)均与所述安装框(14)转动连接，所述第二齿轮(21)的下部啮合连接有框型架(22)，且所述框型架(22)与所述安装框(14)滑动连接，所述框型架(22)的中部设置有一框型槽(27)，且所述框型槽(27)用于为所述制动块(17)防护。
4.根据权利要求2所述的一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，其特征在于：
所述第一多面棱体(5)的上部设置有一环形槽(12)，所述环形槽(12)的内侧固定有磁铁环(13)，且所述磁铁环(13)与所述制动块(17)相互对应，且所述磁铁环(13)与所述制动块(17)相互靠近一侧的磁极相反。
5.根据权利要求1所述的一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，其特征在于：
所述润滑结构包括有至少一个流道(24)，且所述流道(24)从上至下穿过一整列的所述滚珠(23)，且一整列上每个所述滚珠(23)的外侧均设置有一润滑槽(25)，且所述润滑槽(25)与所述流道(24)相连通，每个所述润滑槽(25)的两侧均设置有停留槽(26)。
6.根据权利要求1所述的一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，其特征在于：
所述第二多面棱体(10)和所述第一多面棱体(5)形状大小均相同。
7.根据权利要求2所述的一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，其特征在于：
所述制动块(17)的下部设置有制动片(18)，且所述制动片(18)的下部设置有多个凸块。 说明书 : 一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置技术领域[0001] 本发明属于光电位移精密测量技术领域，具体涉及一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置。背景技术[0002] 光电轴角编码器，又称光电角位置传感器，是一种集光、机、电为一体的精密数字测角装置。它以高精度计量圆光栅为检测元件，通过光电转换，将角位置信息转换成数字代码，具有精度高、测量范围广、体积小、重量轻、使用可靠、易于维护等优点，被广泛应用于雷达、机器人、光电经纬仪、数控机床等诸多领域；[0003] 在对高精度光电编码器进行测角误差检测时，需要利用到光电自准直仪，例如，公开号为CN108827190A的专利提供了一种基于双自准直仪的高精度测角误差检测装置及其检测方法，该装置包括两个自准直仪和一个多面棱体，其中一个自准直仪作为参考，另一个自准直仪作为测量，通过控制多面棱体的转动，使得两个自准直仪的光轴与被测物体也就是多面棱体角度之间的夹角发生变化，然后利用两个自准直仪在传感器屏幕上的像点坐标差值，来计算出被测角度误差；[0004] 然而，上述专利存在一些不足之处，例如，多面棱体转动过程中可能产生的误差会影响测量结果的准确性；另外，由于两个自准直仪的光轴与被测物体之间的夹角受到多面棱体的面数和转动角度的限制，因此测量范围和灵敏度也有所降低；[0005] 因此，本发明提出了一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，在上述专利上进行了改进。发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，能够更加精确地计算出被测光电编码器的高精度测角误差结果，从而可以消除多面棱体转动过程中可能产生的误差，并且可以提高测量范围和灵敏度。[0007] 本发明采取的技术方案具体如下：[0008] 一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，包括操作台，所述操作台的上部安装有支撑架，所述操作台上设置有被测光电编码器，所述操作台的上部还安装有：[0009] 转动台，所述转动台用于为所述被测光电编码器承托；[0010] 第一多面棱体，所述第一多面棱体通过一圆杆与所述被测光电编码器相连接，且所述第一多面棱体与所述被测光电编码器为同心设置；[0011] 两个光电自准直仪本体，两个所述光电自准直仪本体设置于所述支撑架的中部，并对准所述第一多面棱体，且两个所述光电自准直仪本体为对向设置，用于同时测量出被测光电编码器的测角误差值；[0012] 处理器，该所述处理器通过导线与两个所述光电自准直仪本体相连接，用于读取两个光电自准直仪本体同时测量出的测角误差值并分析；[0013] 所述支撑架顶部的内侧转动连接有转动杆，且所述转动杆与所述第一多面棱体的中心位置处相连接，所述支撑架的顶部安装有电机，所述电机的输出端竖直向下并穿过所述支撑架与所述转动杆相连接；[0014] 所述支撑架上还安装有对比结构，所述对比结构用于与所述第一多面棱体对比。[0015] 所述对比结构包括有固定在所述支撑架顶部的内侧的固定管，且所述固定管套接在所述转动杆的外侧，所述固定管的内侧安装有多个滚珠，且所述滚珠与所述转动杆的外壁相接触，所述固定管上还设置有润滑结构，所述润滑结构用于为所述滚珠润滑；[0016] 所述固定管的底部还固定有第二多面棱体，所述第二多面棱体的中部设置有一孔洞，所述转动杆穿过该所述第二多面棱体上的孔洞与所述第一多面棱体相连接；[0017] 所述第二多面棱体的下部安装有至少一个制动结构，所述制动结构用于为所述第二多面棱体快速制动。[0018] 所述制动结构包括有安装在所述第二多面棱体下部的安装框，所述安装框的内侧滑动连接有制动块，所述安装框的内侧且位于所述制动块的上部固定有电磁铁，所述制动块和所述安装框之间且位于所述电磁铁的外侧安装有弹簧，所述制动块为磁铁材质，且所述电磁铁靠近所述制动块所产生的磁极与所述制动块靠近所述电磁铁的磁极相同；[0019] 所述安装框的内侧还安装有防护机构，所述防护机构用于为所述制动块防护。[0020] 所述防护机构包括有所述制动块的一侧向上伸出的啮合板，所述啮合板的一侧啮合连接有第一齿轮，所述第一齿轮的一端通过一光杆连接有第二齿轮，且所述第一齿轮和所述第二齿轮均与所述安装框转动连接，所述第二齿轮的下部啮合连接有框型架，且所述框型架与所述安装框滑动连接，所述框型架的中部设置有一框型槽，且所述框型槽用于为所述制动块防护。[0021] 所述第一多面棱体的上部设置有一环形槽，所述环形槽的内侧固定有磁铁环，且所述磁铁环与所述制动块相互对应，且所述磁铁环与所述制动块相互靠近一侧的磁极相反。[0022] 所述润滑结构包括有至少一个流道，且所述流道从上至下穿过一整列的所述滚珠，且一整列上每个所述滚珠的外侧均设置有一润滑槽，且所述润滑槽与所述流道相连通，每个所述润滑槽的两侧均设置有停留槽。[0023] 本发明取得的技术效果为：[0024] 本发明在第一多面棱体上还设置有一个第二多面棱体，其中，第二多面棱体不动，在第一多面棱体转动完成之后，利用两个自准直仪的光轴与被测物体也就是第一多面棱体和第二多面棱体角度之间的夹角，来计算出被测角度误差，进而更加精确地计算出被测光电编码器的高精度测角误差结果，从而可以消除多面棱体转动过程中可能产生的误差，并且可以提高测量范围和灵敏度。附图说明[0025] 图1是本发明的结构示意图；[0026] 图2是本发明中电机、被测光电编码器和支撑架之间的结构示意图；[0027] 图3是本发明中固定管的剖视图；[0028] 图4是本发明中安装框、第二多面棱体和磁铁环之间的结构示意图；[0029] 图5是本发明中安装框的剖视图；[0030] 图6是本发明中固定管、转动杆和滚珠之间的结构示意图；[0031] 图7是本发明中滚珠、停留槽和流道之间的结构示意图。[0032] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：[0033] 1、操作台；2、支撑架；3、转动台；4、被测光电编码器；5、第一多面棱体；6、光电自准直仪本体；7、处理器；8、电机；9、转动杆；10、第二多面棱体；11、固定管；12、环形槽；13、磁铁环；14、安装框；15、电磁铁；16、弹簧；17、制动块；18、制动片；19、啮合板；20、第一齿轮；21、第二齿轮；22、框型架；23、滚珠；24、流道；25、润滑槽；26、停留槽；27、框型槽。具体实施方式[0034] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。[0035] 实施例1：[0036] 如图1?3所示，一种光电自准直仪的高精度测角误差检测装置，包括操作台1，操作台1的上部安装有支撑架2，支撑架2用于支撑用，其能够为后续的结构进行支撑，且支撑架2的结构与形状可以跟随使用者所制定的实验方案做出相应的改变，操作台1上设置有被测光电编码器4；[0037] 其中，该被测光电编码器4是一种数字测角装置，它可以实时测量转轴所处的角位置及角速度，它们可以用来测量和控制机械运动的角度、位置、速度等参数，例如，它们可以用在数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等领域，在此，本申请就不再赘述；[0038] 操作台1的上部还安装有：[0039] 转动台3，转动台3用于为被测光电编码器4承托，在对被测光电编码器4进行承托时，被测光电编码器4在受力转动时，可通过转动台3的设置，使得被测光电编码器4能够在操作台1上转动，而不会受到限制；[0040] 第一多面棱体5，第一多面棱体5通过一圆杆与被测光电编码器4相连接，且第一多面棱体5与被测光电编码器4为同心设置，在被测光电编码器4转动时，可以使得第一多面棱体5跟随被测光电编码器4做同轴的转动，且第一多面棱体5可以为十七面、二十三面或二十四面，[0041] 两个光电自准直仪本体6，两个光电自准直仪本体6设置于支撑架2的中部，并对准第一多面棱体5，且两个光电自准直仪本体6为对向设置，用于同时测量出被测光电编码器4的测角误差值；[0042] 其中，光电自准直仪本体6是一种利用光的自准直原理测量微小角度变化的仪器，它可以用于检测平板的平面度、导轨的平直度和平行度、光学系统的对准和调节等方面，在此，不再赘述；[0043] 处理器7，该处理器7通过导线与两个光电自准直仪本体6相连接，用于读取两个光电自准直仪本体6同时测量出的测角误差值并分析，其通过预设误差计算算法对读取的测角误差值进行处理，以获取被测光电编码器4的高精度测角误差结果；[0044] 支撑架2顶部的内侧转动连接有转动杆9，且转动杆9于第一多面棱体5的中心位置处相连接，支撑架2的顶部安装有电机8，在支撑架2上还设置有一防护壳，该防护壳将电机8防护，并与支撑架2通过螺钉连接或是卡接，在拆卸时，可方便的对电机8进行维修或更换，电机8的输出端竖直向下并穿过支撑架2与转动杆9相连接；[0045] 在电机8驱动时，可通过电机8的输出端带动转动杆9转动，并通过转动杆9带动第一多面棱体5和被测光电编码器4转动，进而通过光电自准直仪本体6对第一多面棱体5进行监测，并通过处理器7对其进行分析；[0046] 其中，第一多面棱体5具有N个面；[0047] T＝1,2,3,…,N；[0048] 其中，T为第一多面棱体5当前的第几面，当被测光电编码器4旋转到第一多面棱体5第T个面所处的角度值位置时，AT为其中一个光电自准直仪本体6所读取并测量出的测角误差值，BT为另一个光电自准直仪本体6所读取并测量出的测角误差值，ET为第一多面棱体5第T个面所处角度位置的测角误差平均值；[0049] 由于第一多面棱体5具有N个面，相当于将360度平均分成N份，每一个面的角度值应该是360/n，又由于被测光电编码器4与第一多面棱体5为同轴的连接转动，第一多面棱体5第T个面对应的角度值就是被测光电编码器4的角度值，也就是说，上面计算出的第一多面棱体5第T个面所处角度位置的测角误差平均值就是被测光电编码器4的测角误差平均值；[0050] 支撑架2上还安装有对比结构，对比结构用于与第一多面棱体5对比。[0051] 参照附图2?3，对比结构包括有固定在支撑架2顶部的内侧的固定管11，且固定管11套接在转动杆9的外侧，固定管11的内侧安装有多个滚珠23，该滚珠23的形状为圆形，其具体用法与轴承中的轴珠相同，且滚珠23与转动杆9的外壁相接触，在固定管11转动时，减少与转动杆9之间的摩擦力，固定管11的底部还固定有第二多面棱体10，该第二多面棱体10和第一多面棱体5形状大小均相同，用于检测在第一多面棱体5跟随被测光电编码器4转动之后，对比与第二多面棱体10之间的每个面的角度差，进而实现测角的误差平均值更加准确，第二多面棱体10的中部设置有一孔洞，转动杆9穿过该第二多面棱体10上的孔洞与第一多面棱体5相连接；[0052] 根据上述的结构，在转动杆9带动第一多面棱体5转动时，第二多面棱体10始终不会转动，进而在第一多面棱体5转动停止时，可通过光电自准直仪本体6对第一多面棱体5和光电自准直仪本体6进行监测，对比第二多面棱体10和第一多面棱体5之间的面的角度值，从而更加精确的得知被测光电编码器4的测角误差值。[0053] 实施例2：[0054] 本实施例在实施例1的基础上增加至少一个制动结构，该制动结构安装在第二多面棱体10的下部，制动结构用于为第二多面棱体10快速制动；[0055] 参照附图4和附图5，制动结构包括有安装在第二多面棱体10下部的安装框14，安装框14的内侧滑动连接有制动块17，该制动块17用于为第一多面棱体5进行制动，安装框14的内侧且位于制动块17的上部固定有电磁铁15，电磁铁15在启动时，可向下推动制动块17直至其与第一多面棱体5相接触，制动块17和安装框14之间且位于电磁铁15的外侧安装有弹簧16，弹簧16用于为制动块17复位，且弹簧16为弹性钢材质，在电磁铁15启动时，弹簧16不会受到引力而导致其形变，制动块17为磁铁材质，且电磁铁15靠近制动块17所产生的磁极与制动块17靠近电磁铁15的磁极相同，如磁铁环13靠近制动块17的磁极为N极时，则制动块17靠近磁铁环13的磁极也为N极，反之则相反，[0056] 根据上述的结构，在第一多面棱体5转动完成之后，可启动电磁铁15，使得电磁铁15产生磁力，并通过该磁力与制动块17上部的磁力相同，使得制动块17向下运动，并在运动时，与第一多面棱体5相接触，对第一多面棱体5进行制动，在制动完成之后，电磁铁15关闭，制动块17通过弹簧16的设置，使得弹簧16将制动块17向上部拉动，进而与第一多面棱体5分离，通过此种设置，使得第一多面棱体5制动的较为迅速，从而保证了测角误差值的准确性；[0057] 安装框14的内侧还安装有防护机构，防护机构用于为制动块17防护。[0058] 请参阅附图5，根据上述结构，防护机构包括有制动块17的一侧向上伸出的啮合板19，啮合板19的一侧啮合连接有第一齿轮20，第一齿轮20的一端通过一光杆连接有第二齿轮21，该第二齿轮21不与啮合板19相啮合，实际上，第二齿轮21与啮合板19为错开的设置，在第二齿轮21和下述的框型架22运动时，不会与啮合板19相互抵触，且第一齿轮20和第二齿轮21均与安装框14转动连接，第二齿轮21的下部啮合连接有框型架22，该框型架22为匚形，在框型架22运动时，通过下部的横板对制动块17进行防护，且框型架22与安装框14滑动连接，框型架22的中部设置有一框型槽27，且框型槽27用于为制动块17防护，在制动块17向下伸出时，框型槽27可通过其自身的空腔大。沟弥贫17在最初伸出时，不会触碰到框型架22下部的防护板，进而不会影响制动块17的正常伸出；[0059] 通过上述的描述，在制动块17向下运动时，带动第一齿轮20转动，并通过第一齿轮20带动第二齿轮21转动，且通过第二齿轮21与框型架22之间的啮合连接，使得框型架22能够向着远离制动块17的方向运动，框型架22解除对制动块17的防护，在框型架22运动至不对制动块17防护时，制动块17伸出至最下方，此时，制动块17下部的长度长于框型架22下部横杆的长度，从而使得制动块17能够对第一多面棱体5进行制动。[0060] 请参阅附图4，进一步的，第一多面棱体5的上部设置有一环形槽12，环形槽12的内侧固定有磁铁环13，且磁铁环13与制动块17相互对应，制动块17的下部设置有制动片18，且制动片18的下部设置有多个凸块，在制动块17下移至与磁铁环13接触时，通过制动片18的设置，使得制动片18能够通过凸块首先与磁铁环13接触，并通过制动片18的形变，能够进一步的增强摩擦力，从而提升制动效果，且磁铁环13与制动块17相互靠近一侧的磁极相反，如磁铁环13靠近制动块17的磁极为N极时，则制动块17靠近磁铁环13的磁极为S极，反之则相反，在制动块17伸出至与第一多面棱体5接触时，其首先会与磁铁环13相接触，进而实现通过制动块17与磁铁环13之间的相互接触，并通过两者之间的磁吸力，进而增加其制动效果。[0061] 实施例3：[0062] 该实施例在实施例1的基础上增加一润滑结构，该润滑设置在固定管11上，且润滑结构用于为滚珠23润滑；[0063] 请参阅附图7，润滑结构包括有至少一个流道24，该流道24由固定管11的顶部一直贯通至固定管11的底端，且流道24从上至下穿过一整列的滚珠23，且一整列上每个滚珠23的外侧均设置有一润滑槽25，该润滑槽25的内径略大于滚珠23的外径，且润滑槽25的内径至少为滚珠23外径的1.5倍，能够充分使润滑液与滚珠23相接触，且润滑槽25与流道24相连通，每个润滑槽25的两侧均设置有停留槽26；[0064] 根据上述的结构，在对滚珠23进行润滑时，可将润滑液从流道24的上口处倒入，并随之使得转动杆9转动，在转动时，并使得流道24内的润滑液流入至润滑槽25的内侧，在润滑槽25的内侧对滚珠23进行润滑，在润滑时，可通过滚珠23的转动，带动润滑液有一股甩动力，并通过该种甩动力将润滑液甩动至停留槽26的内侧，通过停留槽26的设置，使得停留槽26能够使得润滑液在这一润滑槽25的内侧存在较长的时间，最长能够长达5秒，进而使得该润滑液能够对这一区域的滚珠23润滑的效果提升，并随着重力向下流动，直至进入至下一个润滑槽25的内侧，通过下一个停留槽26对下一个滚珠23进行润滑，润滑全部的滚珠23之后，通过流道24的下口处流出；[0065] 此时，在第二多面棱体10上固定管11的外侧放置毛巾面部等吸水吸油部件，对流出的润滑液进行吸。籟0066] 通过滚珠23的持续转动，能够将润滑液涂覆至转动杆9的外侧，并随着转动杆9的转动，将润滑液传输至其他的滚珠23上，进而能够对所有的滚珠23进行润滑。[0067] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

专利地区：江西

专利申请日期：2023-11-29

专利公开日期：2024-11-08

专利公告号：CN117629111B