申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2022-06-15

公开（公告）日：2024-02-13

公开（公告）号：CN114858063B

主分类号：G01B11/02

分类号：G01B11/02;G01B21/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.13#授权;2022.08.23#实质审查的生效;2022.08.05#公开

摘要：本发明公开了一种具有自初始化功能的球棒球心距的测量装置及其使用方法，该方法是球棒标准器量值溯源的一种新颖且有效的方法。本发明解决了现有装置无法实现球棒球心距高精度测量的技术问题，采用激光干涉测距法，利用激光干涉仪测量相对位移的原理，构建了一套基于一维气浮导轨和双滑动平台的球棒球心距专用测量装置，该装置不需要使用校准过的球棒进行初始化，而是利用两根未经校准的球棒进行初始化。本发明有利于球棒在我国的推广使用，提高我国相关精密测量领域中的量值溯源水平。

主权项：1.一种具有自初始化功能的球棒球心距测量装置，其特征在于：包括有气浮导轨，在所述气浮导轨的左端位置固定安装有激光干涉仪调整云台，在激光干涉仪调整云台上安装激光干涉仪，在所述气浮导轨上靠近激光干涉仪位置通过螺柱安装y轴微调平台，在y轴微调平台上安装有分光镜和干涉镜组，在气浮导轨的右端位置固定有支撑台，气浮导轨上位于y轴微调平台与右端的支撑台之间依次安装有第一气浮滑架和第二气浮滑架，第一气浮滑架上安装两个微调平台，从左到右依次为第一y-z两自由度微调平台和第二y-z两自由度微调平台，第一y-z两自由度微调平台上安装有第一三球运动底座，第二y-z两自由度微调平台上安装有第二三球运动底座，第二气浮滑架上安装三个微调平台，从左到右分别为第三y-z两自由度微调平台、第四y-z两自由度微调平台和第五y-z两自由度微调平台，第三y-z两自由度微调平台上安装有第三三球运动底座，第四y-z两自由度微调平台上安装有第四三球运动底座，第五y-z两自由度微调平台上安装有第五三球运动底座，在气浮导轨右端的支撑台上固定有第六y-z两自由度微调平台，第六y-z两自由度微调平台上安装有第六三球运动底座；测量时使用两根未经校准过的球棒进行自初始化；所述的一种具有自初始化功能的球棒球心距测量装置，通过调节激光干涉仪调整云台使得激光干涉仪发出的激光束与气浮导轨面平行，同时与待测球棒的轴线重合来消除阿贝误差；所述的第一气浮滑架和第二气浮滑架通过多个气浮轴承支撑在气浮导轨上，第一气浮滑架和第二气浮滑架在整个气浮导轨上自由移动；所述的气浮导轨设计成燕尾形状；所述的分光镜及干涉镜组由镜组安装架调整沿z方向的位置及绕z方向的角度，y轴微调平台沿y方向的位置进行微调，第一y-z两自由度微调平台、第二y-z两自由度微调平台、第三y-z两自由度微调平台、第四y-z两自由度微调平台、第五y-z两自由度微调平台、第六y-z两自由度微调平台沿y、z方向的位置进行微调，使得激光干涉仪发出的激光束经分光镜分光后，其中一路激光经激光跟踪仪靶球反射后与另一路激光干涉；所述的具有自初始化功能的球棒球心距测量装置的使用方法，包括有调平过程和测量过程；所述的调平过程具体包括如下步骤：（1）将分光镜安装在y轴微调平台上，把激光跟踪仪靶球放置在第一气浮滑架的第一三球运动底座上，移动第一气浮滑架靠近气浮导轨左侧，调节激光干涉仪的微调旋钮和第一y-z两自由度微调平台分别来调平激光干涉仪和第一三球运动底座，使得激光干涉仪的接收信号灯全亮，再移动第一气浮滑架靠近气浮导轨右侧，调节激光干涉仪的微调旋钮、第一y-z两自由度微调平台分别来调平激光干涉仪和第一三球运动底座，使得激光干涉仪的接收信号灯全亮，以上操作反复几次，直至第一气浮滑架在气浮导轨上任意位置处移动，激光干涉仪的接收信号灯都全亮；（2）把激光跟踪仪靶球放置在第一气浮滑架的第二三球运动底座上，移动第一气浮滑架靠近气浮导轨左侧，调节激光干涉仪的微调旋钮和第二y-z两自由度微调平台分别来调平激光干涉仪和第二三球运动底座，使得激光干涉仪的接收信号灯都全亮，再移动第一气浮滑架靠近气浮导轨右侧，调节激光干涉仪的微调旋钮和第二y-z两自由度微调平台分别调平激光干涉仪和第二三球运动底座，使得激光干涉仪的接收信号灯都全亮，以上操作反复几次，直至第一气浮滑架在气浮导轨上任意位置处移动时，激光干涉仪的接收信号灯都全亮；（3）把激光跟踪仪靶球放置在第二气浮滑架的第三三球运动底座上，移动第二气浮滑架靠近气浮导轨左侧，调节激光干涉仪的微调旋钮和第三y-z两自由度微调平台分别调平激光干涉仪和第三三球运动底座两点，使得激光干涉仪的接收信号灯全亮，再移动第二气浮滑架靠近气浮导轨右侧，调节激光干涉仪的微调旋钮、第三y-z两自由度微调平台分别调平激光干涉仪和第三三球运动底座，使得激光干涉仪的接收信号灯全亮，以上操作反复几次，直至第二气浮滑架在气浮导轨上任意位置处移动时，激光干涉仪的接收信号灯都全亮；（4）把激光跟踪仪靶球放置在第二气浮滑架的第四三球运动底座上，移动第二气浮滑架靠近气浮导轨左侧，调节激光干涉仪的微调旋钮、第四y-z两自由度微调平台分别调平激光干涉仪和第四三球运动底座两点，使得激光干涉仪的接收信号灯全亮，再移动第二气浮滑架靠近气浮导轨右侧，调节激光干涉仪的微调旋钮和第四y-z两自由度微调平台分别调平激光干涉仪和第四三球运动底座，使得激光干涉仪的接收信号灯全亮，以上操作反复几次，直至第二气浮滑架在气浮导轨上任意位置处移动，激光干涉仪的接收信号灯都全亮；（5）把激光跟踪仪靶球放置在第六三球运动底座上，调节y轴微调平台和第六y-z两自由度微调平台使得激光跟踪仪、分光镜和靶球的球心重合，至此激光干涉仪发出的激光束与分光镜、第一三球运动底座、第二三球运动底座、第三三球运动底座、第四三球运动底座、第六三球运动底座上的球的轴线重合；所述的测量过程具体包括以下步骤：（1）将激光跟踪仪靶球放置在第一气浮滑架的第一三球运动底座上，第一球棒两端分别放置在第二三球运动底座和第四三球运动底座上，第二球棒两端分别放置在第五三球运动底座和第六三球运动底座上，静置待系统稳定后，将激光干涉仪读数置零；（2）取下第二球棒，将第一球棒一端从第四三球运动底座移动到第六三球运动底座，静置待系统稳定后，记录激光干涉仪的读数值L0，该值即为第二根球棒球心距和第四、第五三球运动底座间距之和；（3）将第一气浮滑架上的靶球放置在第二气浮滑架的第三三球运动底座上，同时将第一气浮滑架滑到导轨左边，使其不与第二气浮滑架产生碰撞或干涉现象，将第二球棒左端放置在第四三球运动底座上，右端放置在第六三球运动底座上，静置待系统稳定后，将激光干涉仪读数置零；（4）将待测球棒左端放置在第二气浮滑架上的第四三球运动底座上，右端放置在第六三球运动底座上，静置待系统稳定后，记录激光干涉仪的数值X，则待测球棒的长度L为两次激光干涉仪读数之和，即L=L0+X；在所述的调平过程和测量过程中，放置在第一三球运动底座、第二三球运动底座、第三三球运动底座、第四三球运动底座、第五三球运动底座、第六三球运动底座三球运动底座上的球杆端部球体分别使用相同球体或者标称值相同的球体。

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