光學標尺及應用其檢測平面度和傾斜度的方法
2023-04-29 08:40:56 1
專利名稱：光學標尺及應用其檢測平面度和傾斜度的方法
技術領域：
本發明涉及平面度和傾斜度檢測領域，具體來講是一種光學標尺及應用其檢測平面度和傾斜度的方法。
背景技術：
在各種試驗臺架中，平臺基座是用於安裝精密機械部件的基礎，常與土建結構的鋼筋骨架焊接在一起，為保證機械部件安裝精度和穩定性，其安裝面與平臺基座表面應能緊密接合，因此對平臺基座表面的平面度和水平度有一定要求。由於平臺基礎是在土建施工時安裝好的，因此平臺基座表面的平面度和傾斜度檢測必須在現場進行，必要的平面打磨也只能現場手工作業。通常，對平臺基座平面度檢測採用平板檢測法，在被檢面塗上紅丹，將檢驗平板放在被檢面上，進行恰當的往復運動，通過觀察和記錄被檢面接觸點的分布和單位面積接觸點的數量，來評價平板基座的平面度，然後反覆交替進行手工打磨和平板檢測，直到平面度符合要求，最後用合像水平儀測出傾斜度。此方法不僅現場操作費工費時，而且無法給出客觀的平面度評價數據，打磨和檢測結果受人為因素影響較大。而較先進的，利用水準高差法檢測大型平板工件平面度時，需要測量工件表面各測量點的高差，具體做法是將帶有刻度的標尺分別置於工件表面各測量點，用架設好的水準儀瞄準標尺刻度，通過刻度讀數得到各測量點的高差。通常用於水準測量的標尺僅為一帶水泡水準器的普通直尺，沒有任何調平機構，通過瞄準尺身上的刻線來讀數，刻線最小分度為0. 5mm，尺身垂直精度和刻線瞄準精度都很低，進而使最終的平面度檢測數據精度大大降低。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種光學標尺及應用其檢測平面度和傾斜度的方法，其測量精度高，操作方便快捷，便於工程現場操作，平面度評價數據客觀準確，為符合要求打磨方便，受人為因素影響小。為達到以上目的，本發明提供一種光學標尺，包括基座和垂直設置於基座一端的尺身，所述尺身正下方的基座底面設有一個固定螺釘，基座遠離尺身的另一端貫穿設有兩個調整螺釘，基座上表面還設有一水泡水準器，尺身套設有數字遊標，數字遊標連接一個固定夾，固定夾另一端設有一個光學目標。在上述技術方案的基礎上，所述兩個調整螺釘對稱分布在臨近基座的兩側，兩個調整螺釘的連線垂直於尺身。在上述技術方案的基礎上，所述數字遊標包括遊標和與其連接的數顯讀數單元， 二者分別通過緊固螺釘與尺身連接，所述遊標還設置有微調螺母。在上述技術方案的基礎上，所述光學目標為帶有瞄準刻線的光學玻璃。在上述技術方案的基礎上，所述尺身底部為圓形杆件，插入並樞接於所述基座。
在上述技術方案的基礎上，所述尺身底部固定插設於所述基座。本發明的光學標尺能夠通過兩個調整螺釘進行基座調平，因此提高了尺身垂直的精度，同時增加了光學目標，為水準儀提供瞄準基礎，提高瞄準精度，其結構簡單，適用於大、中型平板工件的表面高差測量，尤其適用於精密結構安裝工程的現場檢測。本發明還提供一種應用上述光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，包括如下步驟SI.在平臺被檢測面建立直角坐標系，選取多個測量點，記錄每個測量點的坐標值； S2.將水準儀穩定架設在平臺旁，並調水平；S3.將光學標尺放置在被檢測面上，利用光學標尺和水準儀測量出任意一個測量點的高度，並設為基準高度；依次利用光學標尺和水準儀測量出其它測量點高度與基準高度之間的高差值；S4.獲得每個測量點的坐標值和高差值後，找出3個測量點，3個測量點必須同時滿足條件其它所有測量點都在這3個測量點構成的平面下方、被檢測面中心點在3個測量點構成的三角形之內；S5.將所述3個測量點定義為被檢測面最高點，3個測量點構成的平面定義為基準面，計算其它每個測量點與基準面間的距離，取其中最大值作為被檢測面的平面度，基準面的傾斜度和傾斜方向即為被檢測面的傾斜度和傾斜方向。在上述技術方案的基礎上，步驟SI中，在平臺被檢面劃出縱橫交叉且相互垂直的網格線，以網格線交點為測量點。在上述技術方案的基礎上，步驟S2中，用支架將水準儀穩定架設在平臺旁2_5m 處，調水準儀腳螺旋，使水準儀處於水平狀態，整個測量過程中，水準儀高度不可改變。在上述技術方案的基礎上，所述步驟S3中，光學標尺測量所述測量點的步驟為 S301.將光學標尺的固定螺釘對準任意一個測量點，調整光學標尺基座上的兩個調整螺釘， 根據水泡水準器指示將基座調水平，然後滑動數字遊標，直至水準儀瞄準遊標上的光學目標中心，並將數字遊標讀數置零，設為基準高度；S302.按照步驟S301依次瞄準每個測量點光學目標的中心，讀出每次瞄準後數字遊標的讀數，所述讀數即為每個測量點與基準高度之間的聞差值。在上述技術方案的基礎上，滑動所述數字遊標時，通過其上微調螺釘進行微調。本發明應用上述光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，其平面度和傾斜度檢測方法精度可靠、通用性強、架設操作方便，同時計算部分可以通過編制了電腦程式進行快速處理；如被檢測面的平面度不合要求，只需手工打磨3個最高點，然後重新測量該3個點的高差值，重複計算過程，直到平臺被檢測面滿足要求，每次只打磨3個點，大大減少了手工打磨工作量，可廣泛應用於精密結構安裝工程的現場檢測。
圖I為本發明光學標尺第一實施例的結構圖；圖2為圖I另一視角結構圖；圖3為本發明光學標尺第二實施例的結構圖；圖4為本發明應用光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法流程圖；圖5為本發明實施例中被檢測面的網格線和測量點分布圖；圖6為圖5中被檢測面檢測時水準儀和光學標尺的布置圖；圖7為本發明中某一次計算得到的數據結果圖8為圖7中計算數據生成的被檢測面擬合圖形。附圖標記基座1，尺身2，固定螺釘3，調整螺釘4，水泡水準器5，數字遊標6，遊標7，數顯讀數單元8，緊固螺釘9，微調螺母10，固定夾11，光學目標12，圓形杆件13，被測面14，網格線 15，支架16，水準儀17。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。如圖I和圖2所不,為本發明光學標尺第一實施例,本發明光學標尺包括基座I和垂直設置於該基座I的尺身2，基座I的底面設有一個固定螺釘3，且固定螺釘3位於尺身 2的正下方。所述基座I遠離尺身2的另一端貫穿設有兩個調整螺釘4，兩個調整螺釘4對稱分布在臨近基座I的兩側，兩個調整螺釘4的連線垂直於尺身2，基座I的上表面還設有一個水泡水準器5，以便於對基座I的調平。所述尺身2上部分套設有數字遊標6，其能夠在尺身2上滑動，數字遊標6包括遊標7和與其連接的數顯讀數單元8，二者分別通過緊固螺釘9固與尺身2連接，能夠共同移動，遊標6上還設置有一個微調螺母10可精細調整遊標的位置。所述數顯讀數單元8可以在遊標6設定位置後，通過數顯方式顯示遊標6的高度讀數。數顯讀數單元8連接一個固定夾11，固定夾11另一端設有一個光學目標12，光學目標12與數顯讀數單元8固定在一起，可隨遊標6 —起滑動。光學目標12為帶有瞄準刻線的光學玻璃，本實施例中瞄準刻線為十字絲，其十字交叉部位即為光學目標的中心。所述尺身2底部為圓形杆件13，該圓形杆件13插入基座I內，並樞接於基座1，能夠進行自身轉動，本實施例中基座I打有O IOmm 的安裝孔(圖未示)，便於圓形杆件13的插接，方便通過轉動調整光學目標12的方向。如圖3所示，為本發明光學標尺第二實施例，其與第一實施例不同之處在於，本實施例中，尺身2底部固定插設於所述基座1，其餘部分與第一實施例相同，此處不再贅述。本發明光學標尺測量時，需要在測量工件旁架設水準儀並調平，將光學標尺放置在待測表面，並將固定螺釘3置於工件測量點處，旋動兩個調整螺釘4，根據水泡水準器5的指示，將基座I調水平。尺身2安裝在基座I的一端，並經過標定與基座I的基準面嚴格垂直，即當基座I調水平時，尺身2處於鉛垂狀態。然後滑動數字遊標6，帶有帶十字絲的光學目標12隨其一起滑動，通過微調螺母10可精細調整數字遊標6的位置，直到水準儀17瞄準光學目標12的中心，調好後旋動緊固螺釘9將數字遊標6的位置鎖死，此時數顯讀數單元8上面所顯示的讀數即為測量點的高度值。如圖4所示，為本發明應用光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法流程圖，包括如下步驟SI.在平臺被檢測面建立直角坐標系，選取多個測量點，記錄每個測量點的坐標值；S2.將水準儀穩定架設在平臺旁，並調水平；S3.將光學標尺放置在被檢測面上，利用光學標尺和水準儀測量出任意一個測量點的高度，並設為基準高度；依次利用光學標尺和水準儀測量出其它測量點高度與基準高度之間的高差值；
S4.獲得每個測量點的坐標值和高差值後，找出3個測量點，3個測量點必須同時滿足條件其它所有測量點都在這3個測量點構成的平面下方、被檢測面中心點在3個測量點構成的三角形之內；S5.將所述3個測量點構成的平面定義為基準平面，計算其它每個測量點與基準平面間的距離，取其中最大值作為被檢測面的平面度，基準平面的傾斜度和傾斜方向即為被檢測面的傾斜度和傾斜方向。下面通過具體實施例詳細敘述本發明應用光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法， 其步驟為S101.如圖5所不,本實施例中被檢測面14為一 U形平板基座的上表面,U形平板基座即為平臺，整個平板基座與土建結構的鋼筋骨架是焊接在一起的。首先通過除鏽、初步鏟刮等措施將被測面14清理乾淨，根據被測面中心位置建立坐標系，用劃規和直尺在被測面劃出合適密度的網格線15，以網格線15交點為測量點，記錄每個測量點的坐標值。S102.如圖6所示，用支架16將水準儀17穩定架設平臺旁2_5m處，本實施例中為 3m，架設高度保證水準儀17與平臺間無視線遮擋。調水準儀17的腳螺旋，使水準儀17處於水平狀態，此時水準儀17望遠鏡光軸即為一條水平線，望遠鏡繞垂直軸旋轉可掃出一個水平面，整個測量過程中水準儀17高度不可改變。S103.如圖I和圖6所示，將光學標尺放置在被檢測面14上，光學標尺的固定螺釘3對準任意一個測量點，調整標尺的基座I上的兩個調整螺釘4，根據水泡水準器5指示將基座I調水平，此時尺身2處於鉛垂狀態。然後滑動數字遊標6，帶有十字絲的光學目標 12隨其一起滑動，通過微調螺母10可精細調整數字遊標6的位置，直至水準儀17瞄準數字遊標6上的光學目標12的中心，旋動緊固螺釘9將數字遊標6的位置鎖死。此時，數字遊標6的數顯讀數單元8顯示出高度讀數，為了方便計算，我們將數字遊標6的讀數置零，並設為基準高度，整個測量過程中該零位不可改變。S104.將基座I上的固定螺釘3分別對準被檢測面14上的每一個測量點，按照步驟S103的方法，依次使用水準儀17瞄準每個測量點時光學目標12的中心，讀出每次瞄準後數字遊標6的數顯讀數單元8讀數，所述讀數即為每個測量點與基準高度之間的高差值。S105.獲得每個測量點的坐標值和高差值後，可以通過計算找出3個測量點，這3 個測量點必須同時滿足以下兩個條件①其它所有測量點都在這3個測量點構成的平面下方；②被檢測面14中心點在3個測量點構成的三角形之內。本實施例中，計算3個測量點構成的平面採用平面擬合法，並利用MATLAB中「inpolygon」函數判斷中心點是否在三角形內，編制MATLAB程序計算所有測量點中的任意3個點，找出I組同時滿足上述2個條件的 3個測量點。S106.將所述3個測量點定義為被檢測面14最高點，3個測量點構成的平面定義為基準面，計算其它每個測量點與基準面間的距離，取其中最大值作為被檢測面14的平面度，基準面的傾斜度和傾斜方向即為被檢測面14的傾斜度和傾斜方向。如圖7所示，為MATLAB生成的某一次計算得到的數據結果圖，圖中用十字叉標識出的測量點位置與被測面14上通過劃線確定的實際測量點位置是一一對應的。其中3個帶圓圈的十字叉為被測面14測量點中的最高點I，每個測量點下方標識的數據為該測量點的高差讀數II，每個測量點上方標識的數據為該測量點與計算基準面的間隙III。取最大間隙值作為被測面的平面度，取計算基準面的傾斜度和傾斜方向為被測面的傾斜度和傾斜方向，即圖7中用斜線和數據表示出了傾斜方向和傾斜度。如果此時被檢測面14不符合要求，只需要手工打磨3個最高點，然後重新測量該3 個點的高差值，重複步驟105、106的計算過程，直到被檢測面14滿足要求。如圖8所示，是用MATLAB根據圖7中計算數據生成的被檢測面擬合圖形，直觀地表示出被測面的面形和傾斜情況，可為現場手工打磨提供指導。上述平面度和傾斜度檢測方法精度可靠，通用性強， 電腦程式可對測量數據進行實時快速處理，減少了手工打磨工作量。本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種光學標尺，包括基座和垂直設置於基座一端的尺身，其特徵在於所述尺身正下方的基座底面設有一個固定螺釘，基座遠離尺身的另一端貫穿設有兩個調整螺釘，基座上表面還設有一水泡水準器，尺身套設有數字遊標，數字遊標連接一個固定夾，固定夾另一端設有一個光學目標。
2.如權利要求I所述的光學標尺，其特徵在於兩個調整螺釘對稱分布在臨近基座的兩側，兩個調整螺釘的連線垂直於尺身。
3.如權利要求I所述的光學標尺，其特徵在於所述數字遊標包括遊標和與其連接的數顯讀數單元，二者分別通過緊固螺釘與尺身連接，所述遊標還設置有微調螺母。
4.如權利要求I所述的光學標尺，其特徵在於所述光學目標為帶有瞄準刻線的光學玻璃。
5.如權利要求1、2或3所述的光學標尺，其特徵在於所述尺身底部為圓形杆件，插入並樞接於所述基座。
6.如權利要求1、2或3所述的光學標尺，其特徵在於所述尺身底部固定插設於所述基座。
7.一種應用權利要求I所述的光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，其特徵在於，包括如下步驟51.在平臺被檢測面建立直角坐標系，選取多個測量點，記錄每個測量點的坐標值；52.將水準儀穩定架設在平臺旁，並調水平；53.將光學標尺放置在被檢測面上，利用光學標尺和水準儀測量出任意一個測量點的高度，並設為基準高度；依次利用光學標尺和水準儀測量出其它測量點高度與基準高度之間的聞差值；54.獲得每個測量點的坐標值和高差值後，找出3個測量點，3個測量點必須同時滿足條件其它所有測量點都在這3個測量點構成的平面下方、被檢測面中心點在3個測量點構成的三角形之內；55.將所述3個測量點定義為被檢測面最高點，3個測量點構成的平面定義為基準面， 計算其它每個測量點與基準面間的距離，取其中最大值作為被檢測面的平面度，基準面的傾斜度和傾斜方向即為被檢測面的傾斜度和傾斜方向。
8.如權利要求7所述的光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，其特徵在於步驟SI 中，在平臺被檢面劃出縱橫交叉且相互垂直的網格線，以網格線交點為測量點。
9.如權利要求7所述的光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，其特徵在於步驟S2 中，用支架將水準儀穩定架設在平臺旁2-5m處，調水準儀腳螺旋，使水準儀處於水平狀態， 整個測量過程中，水準儀高度不可改變。
10.如權利要求7所述的光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，其特徵在於所述步驟 S3中，光學標尺測量所述測量點的步驟為S301.將光學標尺的固定螺釘對準任意一個測量點，調整光學標尺基座上的兩個調整螺釘，根據水泡水準器指示將基座調水平，然後滑動數字遊標，直至水準儀瞄準遊標上的光學目標中心，並將數字遊標讀數置零，設為基準高度；S302.按照步驟S301依次瞄準每個測量點光學目標的中心，讀出每次瞄準後數字遊標的讀數，所述讀數即為每個測量點與基準高度之間的高差值。
11.如權利要求10所述的光學標尺檢測平面度和傾斜度的方法，其特徵在於滑動所述數字遊標時，通過其上微調螺釘進行微調。
全文摘要
一種光學標尺，包括基座和垂直設置於基座一端的尺身，尺身正下方的基座底面設有一個固定螺釘，基座貫穿設有兩個調整螺釘，基座還設有一水泡水準器，尺身套設有數字遊標，數字遊標連接一個光學目標；檢測平面度和傾斜度的方法，包括步驟選取多個測量點，記錄每個測量點的坐標值；水準儀穩定架設並調水平，光學標尺放置在被檢測面上，測量出任意一個測量點的高度，設為基準高度；依次測量其它測量點的高差值；找出3個特殊測量點定義為最高點，其構成的平面定義為基準面，計算其它每個測量點與基準面間的距離，取最大值作為被檢測面的平面度；其測量精度高，操作方便快捷，便於工程現場操作，平面度評價數據客觀準確，受人為因素影響小。
文檔編號G01B11/30GK102589488SQ20121003717
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者朱俊, 謝仁富 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所