一种大长度轨道直线度的测量方法和装置

　　1引 言

　　轨道参数的测量，一个主要的内容就是对机床轨道、电梯轨道、铁路轨道和起重机轨道的直线度进行测量。直线度测量是几何量计量领域的基本项目，也是其他几何量测量的基础。世界上各个国家对直线度测量的研究都予以高度重视，如美国国家标准与技术中心(NIST)，德国国家计量研究院(PTB)、日本大阪大学和原苏联国家标准局等都开展了相关研究并取得了一定的成果[1]。但以上研究多集中在小长度轨道，国内国外对于大长度轨道直线度的测量方法的研究还比较欠缺。

　　在测量大长度轨道的直线度时，采用激光基准法有很大优势，即采用准直激光束的能量中心线作为直线基准，携带光斑位置探测器的载体沿轨道方向移动，激光光斑落在光斑位置探测器上。当轨道存在弯曲偏差时，沿轨道移动的载体将偏离原直线轨迹，其偏移量便由光斑位置探测器反映出来，从而可以获得轨道的直线度误差。针对常见的工作长度为 300m 的起重机轨道的直线度测量，本文研究了一种高精度、可自动化测量和在线实时分析的测量方法和装置。

　　2轨道测量方案及装置

　　2.1轨道测量方案

　　利用准直激光束作为直线基准，由1 辆携带光斑位置探测装置的小车在轨道上行进，光斑位置探测装置由一个接收屏、光路成像系统和一个2维位置敏感器件PSD(Position Sensitive Device)组成。根据激光束光斑落在PSD上的相对位置就可以测出小车所在位置的轨道的弯曲偏差。

　　在调整激光器的光束角度时，应确保在轨道的全长行程上激光束光斑都可以被探测到，为了在大长度轨道测量时也能容易地调整激光束，因此设计了一个较大面积的接收屏，激光束光斑先落在接收屏上，然后通过光学成像系统成像到PSD上。

　　如图1所示，以在轨道的一端安装的激光发射装置发出的激光束为x 轴，沿水平偏差和垂直偏差方向分别取为y轴和z轴。带有PSD的检测小车沿轨道上行进，记录激光束与PSD之间的相对位置变化，从而测量出轨道上各个位置相对于激光束的2维偏差值。

　　设PSD的坐标方向与Oxyz坐标系的方向一致，且在起始位置时测得的PSD上的光斑坐标为(x0，y0，z0)，在其它采样点测得的光斑坐标为(xi，yi，zi)，即可得到相应轨道点相对于初始位置的弯曲偏差为：

　　如此，即可测得轨道的偏差曲线。为了评估轨道的直线度误差，对测得的偏差曲线沿y方向和z方向分别求其最小包容线，如图2所示。

　　则可以得到轨道的直线度的最小误差值t，并且可以得到最小包容线的中心线与激光束基准之间的夹角，由此可以求出轨道曲线的轨道顶面相对于理论高度的偏差。