基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置及測量方法
【專利摘要】一種基于非接觸式仿形法進(jìn)行艙體截面周長測量裝置以及測量方法，屬于制造及精密測量【技術(shù)領(lǐng)域】。其包括待測件系統(tǒng)、基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)、隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)；隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)包括位移傳感器、搖桿臂、滾珠絲杠、滑塊、隨動(dòng)伺服電機(jī)、配重；數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)包括信號變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器。電機(jī)帶動(dòng)搖桿臂系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)一周，位移傳感器采用非接觸式的方法記錄下每一個(gè)待測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，并仿形出待測件的形狀，對其進(jìn)行周長計(jì)算。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)更高的測量精度，并且不會(huì)對待測件產(chǎn)生任何劃痕。
【專利說明】基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型凸面結(jié)構(gòu)的周長測量，采用非接觸式仿形法，可以對工件進(jìn)行高精度的周長測量，并且不會(huì)對工件造成損傷，特別適用于大型艙段等結(jié)構(gòu)的周長測量，屬于制造及精密測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，小型艙體類結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足當(dāng)今的生產(chǎn)要求。在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、不確定性以及制造誤差的存在，要求較精確地測量艙體等大型凸面結(jié)構(gòu)的實(shí)際周長是比較困難的；對于一些比較精密的部件，在進(jìn)行測量時(shí)，需要避免在其上產(chǎn)生劃痕，這些要求對于傳統(tǒng)的接觸式測量方案是難以實(shí)現(xiàn)的。
[0003]目前，工程應(yīng)用中沒有針對這類問題的解決方案。傳統(tǒng)的測量圓周長的方法采用繩子捆繞法，即將一個(gè)相對無彈性的剛性繩子繞被測圓周長一周，使其緊緊貼在被測圓周表面，將繩子的長度近似看做圓周長，由于繩子本身存在彈性，并且操作過程中很難保證繩子所圍成的圓周與待測圓周長的圓心處在同一平面上，這些問題的存在導(dǎo)致測量結(jié)果精度只能達(dá)到毫米級，不能滿足對高精度工件的測量要求；另一種比較常用的方法是接觸式測量法，此方法基于齒輪嚙合的方法，并且忽略測量小輪與待測工件之間的相對滑動(dòng)，即將測量小輪在待測表面滾動(dòng)，測量小輪半徑已知，通過計(jì)算小輪所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，即可得到待測工件的周長，此測量方法由于采用接觸式方法，會(huì)在待測工件表面產(chǎn)生劃痕，不能用于高精密件的測量，測量小輪與工件之間不可能做到無相對滑動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生測量誤差。
[0004]因此，找到一種能夠精確地、無劃痕的測量凸面結(jié)構(gòu)周長的裝置是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本裝置采用非接觸式位移傳感器測量大直徑艙段的截面周長，待測量的截面可以是艙段內(nèi)的任意截面，也可以是兩艙段配合部分法蘭的圓面。由于采用非接觸式傳感器，整個(gè)測量過程當(dāng)中，對被測工件沒有任何接觸式的劃傷；并將測量結(jié)果放在已知坐標(biāo)系中進(jìn)行定量處理，精度比傳統(tǒng)測量方法高一個(gè)數(shù)量級，其具有良好的工程實(shí)用性。
[0006]本裝置技術(shù)內(nèi)容如下:
[0007]基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置，其特征在于:其包括運(yùn)行裝置和數(shù)據(jù)采集分析處理裝置；所述的運(yùn)行裝置由待測件系統(tǒng)、基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)、隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)組成；
[0008]待測件系統(tǒng)中的待測件機(jī)架起到穩(wěn)固放置待測件的作用，待測件機(jī)架上部采用能夠與待測件配合的半圓形結(jié)構(gòu)；
[0009]基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)為隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)提供動(dòng)力支持，并且提供位置基準(zhǔn)；基準(zhǔn)電機(jī)帶動(dòng)隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)繞待測件周向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)給隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)提供已知的測量坐標(biāo)系；機(jī)座起到穩(wěn)固基準(zhǔn)電機(jī)的作用，在機(jī)座的中部位置設(shè)有加強(qiáng)肋板，機(jī)座與待測件機(jī)架的位置通過激光跟蹤儀進(jìn)行標(biāo)定，使二者基準(zhǔn)坐標(biāo)相一致，以保證測量系統(tǒng)坐標(biāo)的精度；[0010]所述的隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)主要包括位移傳感器、搖桿臂、滾珠絲杠、滑塊、隨動(dòng)伺服電機(jī)、配重；
[0011]所述的隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)中的位移傳感器是此測量裝置的直接檢測元件，其安裝在搖桿臂的頂部，直接檢測待測件的位置，并且設(shè)定位移傳感器與待測件保持恒定的距離，通過隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)中搖桿臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對待測件圓周上每一點(diǎn)的坐標(biāo)采集；
[0012]所述隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的搖桿臂是隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的支撐骨架，其呈“Z”形，與基準(zhǔn)電機(jī)的輸出軸直接相連，基準(zhǔn)電機(jī)帶動(dòng)搖桿臂轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器、滾珠絲杠、隨動(dòng)伺服電機(jī)、配重均置于搖桿臂上；在“2”形的兩端分別布置有位移傳感器和配重，在“Z”形中間布置有豎向的滾珠絲杠和隨動(dòng)伺服電機(jī)，隨動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使得滑塊沿著滾珠絲杠在豎直方向移動(dòng)，位移傳感器安裝在滑塊上；
[0013]所述隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的滾珠絲杠是實(shí)現(xiàn)位移傳感器的隨動(dòng)功能元件，位移傳感器與待測件之間保持恒定的距離，位移傳感器安裝方向與搖桿臂的法向速度方向相同；
[0014]所述的隨動(dòng)伺服電機(jī)是保證位移傳感器與待測件保持恒定距離的動(dòng)力元件；其安裝在滾珠絲杠的頂端，與滾珠絲杠的方向保持一致；
[0015]數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)包括信號變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
[0016]其中，位移傳感器與待測件之間的距離固定，將位移傳感器檢測到的信號傳送至信號變送器，經(jīng)過放大、去噪處理，將此模擬信號傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將信號的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳送到運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比對，發(fā)出的運(yùn)動(dòng)信號傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳送至隨動(dòng)伺服電機(jī)，隨動(dòng)伺服電機(jī)根據(jù)接到的信號做出動(dòng)作驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，采集到待測圓周上一個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，搖桿臂繞待測件的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器移動(dòng)到待測件上的另外一點(diǎn)，同樣的方式，采集到待測圓周上每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，將采集的點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行擬合周長、補(bǔ)償偏置，可計(jì)算出被測件周長。
[0017]所述的基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置，其特征在于:基準(zhǔn)電機(jī)置于機(jī)座之上，通過螺栓與機(jī)座固定，此處選用具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩性能的電機(jī)。
[0018]所述的基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置，其特征在于:配重置于搖桿臂上與位移傳感器相對的一側(cè)，配重重量大于位移傳感器與隨動(dòng)伺服電機(jī)的重量之和，配重產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能抵消搖桿臂系統(tǒng)產(chǎn)生的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0019]所述的基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置進(jìn)行非接觸式仿形法艙體截面周長測量方法，其特征在于:其包括以下步驟:
[0020]stepl.測量時(shí)，首先將待測件穩(wěn)固在待測件機(jī)架上，并對其整體進(jìn)行與地面的固定；發(fā)送指令，將滑塊運(yùn)行到遠(yuǎn)離配重一端，將整個(gè)測量裝置移近待測件，使位移傳感器正好處于待測件的待測截面圓周上；對基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)固，使之與待測件不會(huì)產(chǎn)生相對移動(dòng)；打開控制系統(tǒng)，分別對基準(zhǔn)電機(jī)以及隨動(dòng)伺服電機(jī)發(fā)出指令，同時(shí)，等待隨動(dòng)伺服電機(jī)動(dòng)作，保證位移傳感器與待測件保持距離；
[0021]step2.實(shí)際間距經(jīng)位移傳感器的感測被轉(zhuǎn)換成與間距值成一比例關(guān)系的電量，然后被傳送至信號變送器；
[0022]step3.信號變送器將接收到的信號轉(zhuǎn)換成與其成一比列關(guān)系的模擬信號，然后將模擬信號傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號，然后將其傳送至運(yùn)動(dòng)控制器；[0023]step4.根據(jù)位移傳感器和待測件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，運(yùn)動(dòng)控制器將接收到的數(shù)字信號還原成實(shí)際的極板間距值或是極板間距變化量，并依照位置控制方案或是誤差控制方案將其與標(biāo)定極板間距之間進(jìn)行比較，然后再將兩者之間的差值或是一待校正量傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
[0024]step5.數(shù)模轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一模擬信號，并將其傳送至隨動(dòng)伺服電機(jī)；
[0025]step6.隨動(dòng)伺服電機(jī)依據(jù)接收到的模擬信號運(yùn)轉(zhuǎn)，以使位移傳感器達(dá)到與待測件的距離保持恒定；
[0026]step7.如此便記錄下了一個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，同樣，隨著基準(zhǔn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器會(huì)移動(dòng)到待測截面的每一點(diǎn)，能夠得到圓周上每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，搖桿臂提供基準(zhǔn)坐標(biāo)系下建立的基準(zhǔn)圓，此圓是搖桿臂頂端的一點(diǎn)隨著基準(zhǔn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)所描述的圖形，然后采用軟件計(jì)算出被測量對象的周長即可。
[0027]鑒于本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0028]一、本裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量方法簡便易行，整臺(tái)裝置成本較低，其具有很好的經(jīng)濟(jì)型。
[0029]二、本裝置中選擇的傳感器和相關(guān)元器件都是市面上很成熟的產(chǎn)品，測量方案直接有效，工程實(shí)現(xiàn)性較好，其具有很好的工程實(shí)用性。
[0030]三、在精確獲得被測量件的坐標(biāo)的前提下，可根據(jù)測量任務(wù)的需求選擇不同精度的位移傳感器，測量精度可達(dá)到0.0lmm?0.1_，其具有較高的測量精度。
[0031]四、對于任何凸幾何型面，本方案都可以測量其截面的周長，而且沒有接觸式測量方法帶來的對工件的損傷，其具有很好的通用性。
[0032]五、對于不同的檢測對象，比如精度要求增加或者被測量對象是非金屬的，只需要將隨動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器進(jìn)行置換即可，比如換成高精度的光學(xué)位移傳感器等，其具有良好的互換性。
[0033]因此，本發(fā)明非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置解決了當(dāng)前在大型工件測量中存在的問題，應(yīng)用本裝置能夠更加精確地測量凸面工件的周長，并且不會(huì)對工件產(chǎn)生劃痕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為測量裝置總體結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖2為基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)圖；
[0036]圖3為隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)主視圖；
[0037]圖4為隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)左視圖；
[0038]圖5為理想待測件截面圓示意圖；
[0039]圖6為實(shí)際待測件截面圓示意圖；
[0040]圖7為數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)框圖。
[0041 ] 圖中:1、機(jī)座，2、基準(zhǔn)電機(jī)，3、搖桿臂，4、滾珠絲杠，5、隨動(dòng)伺服電機(jī)，6、滑塊，7、位移傳感器，8、待測件，9、待測件機(jī)架，10、配重?！揪唧w實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖1?圖7對本發(fā)明具體實(shí)施例做進(jìn)一步說明:
[0043]圖1為測量裝置的裝配總體圖，該裝置分為三個(gè)部分，分別為基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)，隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)，待測件系統(tǒng)。
[0044]如圖2所示，基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)由基準(zhǔn)電機(jī)2及機(jī)座I組成?；鶞?zhǔn)電機(jī)2置于機(jī)座I的頂部，并且要求與機(jī)座I進(jìn)行剛性連接，保證基準(zhǔn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸方向與機(jī)座I的上平面平行，保證在工作過程中，能與搖桿臂3進(jìn)行良好接口，提供更加精確的位置信息。機(jī)座I在安放時(shí)保證其四角與地面良好可靠接觸，使機(jī)座I與基準(zhǔn)電機(jī)2的結(jié)合面處于一個(gè)水平位置。由于與基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)連接的搖桿臂3系統(tǒng)具有偏心慣量，在工作過程中很可能產(chǎn)生搖擺或者振動(dòng)，所以機(jī)座I與地面要進(jìn)行螺栓等可靠性連接，為測量系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
[0045]圖3和圖4分別為隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的主視圖和左視圖。隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)為本測量系統(tǒng)的核心部件，其由搖桿臂3、滾珠絲杠4、隨動(dòng)伺服電機(jī)5、滑塊6、位移傳感器7以及配重10組成。搖桿臂3呈“Z”型，是隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的骨架部分，其余各部件均分布于其上。如圖3所示，搖桿臂3的最下端的右側(cè)與基準(zhǔn)電機(jī)2相連接，是隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來源；在搖桿臂3的豎直桿下端，安裝有配重10，此配重10的作用為平衡搖桿臂3在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的偏心慣量，配重10的重量以及安裝位置要求應(yīng)與搖桿臂3、滑塊6、滾珠絲杠4、隨動(dòng)伺服電機(jī)5、位移傳感器7總體產(chǎn)生的偏心慣量相抵消，保證搖桿臂3在工作過程中能夠平穩(wěn)進(jìn)行；在搖桿臂3的豎直部分安裝有滾珠絲杠4，安裝過程中應(yīng)該嚴(yán)格保證滾珠絲杠的軸向方向與搖桿臂3的平面平行，保證安裝精度，在使用過程中，應(yīng)對滾珠絲杠4進(jìn)行潤滑處理，減小與滑塊6的摩擦，使之能精確地將隨動(dòng)伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)化為滑塊6的移動(dòng)位移；滑塊6與滾珠絲杠4螺紋嚙合，在滑塊6的最右側(cè)與滾珠絲杠4配合，滑塊6向左延伸，在滑塊6的最右端安裝位移傳感器7，位移傳感器7與滾珠絲杠軸線方向一致，并且指向配重10 —側(cè)。
[0046]如圖1所示，將待測件8置于待測件機(jī)架9上，使待測件8能夠很好的穩(wěn)固在待測件機(jī)架9上，待測件機(jī)架9采用四腳結(jié)構(gòu)，使其具有良好的穩(wěn)定性，保證在工作過程中，待測件8能夠相對測量系統(tǒng)不發(fā)生移動(dòng)，并且為測量系統(tǒng)提供基準(zhǔn)。被測量的工件可以是任何形式的凸面結(jié)構(gòu)，支撐待測件8的機(jī)架只要保證能夠與待測件8穩(wěn)定接觸即可，本裝置所述測量方案并不僅僅局限于待測件8這種圓形結(jié)構(gòu)。
[0047]測量時(shí)，首先將待測件8穩(wěn)固在待測件機(jī)架9上，并對其整體進(jìn)行與地面的固定；發(fā)送指令，將本測量裝置的滑塊6運(yùn)行到遠(yuǎn)離配重10 —端，將整個(gè)測量裝置慢慢移近待測件8，使位移傳感器7的探測頭正好處于待測件8所處的待測截面圓周上；對基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)固，使之與待測件8不會(huì)產(chǎn)生相對移動(dòng)；打開控制系統(tǒng)，分別對基準(zhǔn)電機(jī)2以及隨動(dòng)伺服電機(jī)5發(fā)出指令，基準(zhǔn)電機(jī)2以恒定的慢轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)搖桿系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，對控制系統(tǒng)給出設(shè)定，保證位移傳感器7與待測件8保持一定的距離。
[0048]如此過程便記錄下了一個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，同樣，隨著基準(zhǔn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器7會(huì)移動(dòng)到待測截面的每一點(diǎn)，記錄位移傳感器7的運(yùn)動(dòng)軌跡，采用此方法，能夠得到圓周上每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)。如圖5所示，Dl即為搖桿臂提供的基準(zhǔn)坐標(biāo)系下建立的圓形圖像，此圓是搖桿臂3頂端的一點(diǎn)隨著基準(zhǔn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)所描述的圖形，整個(gè)計(jì)算過程均以此坐標(biāo)系為基準(zhǔn)；圖5中的B點(diǎn)代表搖桿臂3上的基準(zhǔn)點(diǎn)，A點(diǎn)代表位移傳感器7的位置，易知BA方向始終指向基準(zhǔn)圓圓心；圖5所示圓D2與D3的徑向距離即為已經(jīng)設(shè)定好的位移傳感器7與待測件8之間的恒定距離，由于測量裝置不要求搖桿臂3所產(chǎn)生的圓Dl圓心與待測件8理想圓心同心，所以此處會(huì)有一個(gè)偏心距e，但是由于系統(tǒng)采集的是每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，故偏心距e不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，圖中D3圓是理想的待測件8的截面圓，實(shí)際中，待測件8的截面圓存在圓跳動(dòng)，如圖6所示，電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)一周，系統(tǒng)得到的是近似圓，通過擬合得到圓D2，再減去位移傳感器7與待測件8之間的距離，即可得到待測件8的截面圓D3，其上的每一點(diǎn)的坐標(biāo)均已知，然后采用軟件計(jì)算出被測量對象的周長即可。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，我們可以對待測件機(jī)架9進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q，使之能適應(yīng)其他凸面形狀的結(jié)構(gòu)，比如不規(guī)則正方形截面、橢圓形截面、菱形截面等等，其坐標(biāo)建立與數(shù)據(jù)處理與本例相似。只要其測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整體測量原理同本發(fā)明所敘述一致，均應(yīng)視為本發(fā)明所包括的范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置，其特征在于:其包括運(yùn)行裝置和數(shù)據(jù)采集分析處理裝置；所述的運(yùn)行裝置由待測件系統(tǒng)、基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)、隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)組成； 待測件系統(tǒng)中的待測件機(jī)架(9)起到穩(wěn)固放置待測件(8)的作用，待測件機(jī)架(9)上部采用能夠與待測件(8)配合的半圓形結(jié)構(gòu)； 基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)為隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)提供動(dòng)力支持，并且提供位置基準(zhǔn)；基準(zhǔn)電機(jī)(2)帶動(dòng)隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)繞待測件周向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)給隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)提供已知的測量坐標(biāo)系；機(jī)座(I)起到穩(wěn)固基準(zhǔn)電機(jī)(2)的作用，在機(jī)座(1)的中部位置設(shè)有加強(qiáng)肋板，機(jī)座(1)與待測件機(jī)架(9)的位置通過激光跟蹤儀進(jìn)行標(biāo)定，使二者基準(zhǔn)坐標(biāo)相一致，以保證測量系統(tǒng)坐標(biāo)的精度； 所述的隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)主要包括位移傳感器(7)、搖桿臂(3)、滾珠絲杠(4)、滑塊(6)、隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)、配重(10)； 所述的隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)中的位移傳感器(7)是此測量裝置的直接檢測元件，其安裝在搖桿臂(3)的頂部，直接檢測待測件(8)的位置，并且設(shè)定位移傳感器(7)與待測件(8)保持恒定的距離，通過隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)中搖桿臂(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對待測件(8)圓周上每一點(diǎn)的坐標(biāo)米集； 所述隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的搖桿臂(3)是隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的支撐骨架，其呈“Z”形，與基準(zhǔn)電機(jī)(2 )的輸出軸直接相連，基準(zhǔn)電機(jī)(2 )帶動(dòng)搖桿臂(3 )轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器(7 )、滾珠絲杠(4 )、隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)、配重(10)均置于搖桿臂(3)上；在“Z”形的兩端分別布置有位移傳感器(7)和配重(10)，在“Z”形中間布置有豎向的滾珠絲杠(4)和隨動(dòng)伺服電機(jī)(5);隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠(4)，使得滑塊沿著滾珠絲杠在豎直方向移動(dòng)，位移傳感器(7)安裝在滑塊(6)上； 所述隨動(dòng)搖桿系統(tǒng)的滾珠絲杠(4)是實(shí)現(xiàn)位移傳感器(7)的隨動(dòng)功能元件，位移傳感器(7)與待測件(8)之間保持恒定的距離，位移傳感器(7)安裝方向與搖桿臂(3)的法向速度方向相同； 所述的隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)是保證位移傳感器(7)與待測件(8)保持恒定距離的動(dòng)力元件；其安裝在滾珠絲杠(4)的頂端，與滾珠絲杠(4)的方向保持一致； 數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)包括信號變送器(A2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A3)、運(yùn)動(dòng)控制器(A4)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A5)； 其中，位移傳感器(7)與待測件(8)之間的距離固定，將位移傳感器(7)檢測到的信號傳送至信號變送器(A2)，經(jīng)過放大、去噪處理，將此模擬信號傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A3)，將信號的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳送到運(yùn)動(dòng)控制器(A4)，運(yùn)動(dòng)控制器(A4)根據(jù)預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比對，發(fā)出的運(yùn)動(dòng)信號傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A5)，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳送至隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)，隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)根據(jù)接到的信號做出動(dòng)作驅(qū)動(dòng)滑塊(6)運(yùn)動(dòng)，采集到待測圓周上一個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，搖桿臂(3)繞待測件(8)的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器(7)移動(dòng)到待測件上的另外一點(diǎn)，同樣的方式，采集到待測圓周上每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，將采集的點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行擬合周長、補(bǔ)償偏置，可計(jì)算出被測件周長。
2.如權(quán)利要求1所述的 基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置，其特征在于:基準(zhǔn)電機(jī)(2)置于機(jī)座(1)之上，通過螺栓與機(jī)座(1)固定，此處選用具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩性能的電機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置，其特征在于:配重(10)置于搖桿臂(3)上與位移傳感器(7)相對的一側(cè)，配重重量大于位移傳感器(7)與隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)的重量之和，配重產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能抵消搖桿臂系統(tǒng)產(chǎn)生的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
4.利用權(quán)利要求1所述的基于非接觸式仿形法艙體截面周長測量裝置進(jìn)行非接觸式仿形法艙體截面周長測量方法，其特征在于:其包括以下步驟: stepl.測量時(shí)，首先將待測件(8)穩(wěn)固在待測件機(jī)架(9)上，并對其整體進(jìn)行與地面的固定；發(fā)送指令，將滑塊(6)運(yùn)行到遠(yuǎn)離配重(10)—端，將整個(gè)測量裝置移近待測件(8)，使位移傳感器(7)正好處于待測件(8)的待測截面圓周上；對基準(zhǔn)坐標(biāo)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)固，使之與待測件(8)不會(huì)產(chǎn)生相對移動(dòng)；打開控制系統(tǒng)，分別對基準(zhǔn)電機(jī)(2)以及隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)發(fā)出指令，同時(shí)，等待隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)動(dòng)作，保證位移傳感器(7)與待測件(8)保持距離； step2.實(shí)際間距經(jīng)位移傳感器(7)的感測被轉(zhuǎn)換成與間距值成一比例關(guān)系的電量，然后被傳送至信號變送器(A2)； step3.信號變送器(A2)將接收到的信號轉(zhuǎn)換成與其成一比列關(guān)系的模擬信號，然后將模擬信號傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A3);模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A3)將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號，然后將其傳送至運(yùn)動(dòng)控制器(A4)； step4.根據(jù)位移傳感器(7)和待測件(8)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，運(yùn)動(dòng)控制器(A4)將接收到的數(shù)字信號還原成實(shí)際的極板間距值或是極板間距變化量，并依照位置控制方案或是誤差控制方案將其與標(biāo)定極板間距之間進(jìn)行比較，然后再將兩者之間的差值或是一待校正量傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A5);` step5.數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A5)將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一模擬信號，并將其傳送至隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)； step6.隨動(dòng)伺服電機(jī)(5)依據(jù)接收到的模擬信號運(yùn)轉(zhuǎn)，以使位移傳感器(7)達(dá)到與待測件的距離保持恒定； step7.如此便記錄下了一個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，同樣，隨著基準(zhǔn)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器(7)會(huì)移動(dòng)到待測截面的每一點(diǎn)，能夠得到圓周上每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，搖桿臂(3)提供基準(zhǔn)坐標(biāo)系下建立的基準(zhǔn)圓，此圓是搖桿臂(3)頂端的一點(diǎn)隨著基準(zhǔn)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)所描述的圖形，然后采用軟件計(jì)算出被測量對象的周長即可。
【文檔編號】G01B11/02GK103822588SQ201410065424
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】馬建峰, 馮繼坤, 李強(qiáng) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)