CN104180756A - 激光位移传感器测对接件相对位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对接件相对位移测量方法，具体为激光位移传感器测对接件相对位移的方法，解决现有方法成本高，操作复杂的问题，该方法是通过以下步骤实现的：1）在其中一个对接件上设置垂直于对接轴线的第一反射平面和与第一反射平面成45度角且与第一反射平面交线互相垂直的第二、第三反射平面；2）在另一对接件上设置三个激光位移传感器分别照射在三个反射面上，三个传感器发射的光互相平行且均垂直于第一反射平面，传感器读数调0；3）对接件发生相对位移后读取三个传感器的读数L₁L₂L₃；4）得出对接件相对位移量为L_X=L₃-L₁、L_Y=L₂-L₁、L_Z=L₁。本发明的优点是：1）降低了成本；2）操作简便，计算简单；3）容错率高。

Description

激光位移传感器测对接件相对位移的方法

技术领域

本发明涉及对接件相对位移测量方法，具体为激光位移传感器测对接件相对位移的方法。

背景技术

在实际工程应用中，有时需要随时测量两个对接件（如GIS母线舱）的相对位移，目前采用的方法主要有三种：1）轮廓扫描定位：采用激光扫描的方法，通过轮廓的处理、比较和计算，最终得到对接件的三维相对位移；2）双目立体视觉定位：采用图像采集设备同时采集两幅不同角度的图像，基于视差原理，通过合理算法，再现对接件的三维坐标，通过三维坐标的对比即可得到对接件的相对位移；3）采用多个激光位移传感器定位：在需要测量的对接件XYZ三个方向上共设置6个激光位移传感器，分别测量激光位移传感器与对接件在XYZ三个方向上的距离数值。激光发射器通过镜头将可见红色激光射向对接件表面，经对接件反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据漫反射原理，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点，数字信号处理器就能计算出激光位移传感器到对接件的距离X₁、Y₁、Z₁、X₂、Y₂、Z₂，通过分别对比X₁和X₂、Y₁和Y₂、Z₁和Z₂，来确定被测对接件是否发生相对位移。由于现有的激光位移传感器测量两个对接件相对位移的方法存在以下缺点：1）至少需要使用6个传感器，而单个传感器价格昂贵，同时使用6个传感器大大增加了使用成本；2）6个激光位移传感器需在对接件的XYZ方向分别定位，安装操作较复杂；3）同时监测6个数据，后期处理复杂，易出现差错。因此，设计一种成本较低，操作简便的测对接件相对位移的方法很有必要。

发明内容

本发明解决目前测对接件相对位移的方法成本高，安装操作复杂的问题，对现有的采用多个激光位移传感器定位的方法进行了改进，提供一种激光位移传感器测对接件相对位移的方法。

激光位移传感器测对接件相对位移的方法，该方法是通过以下步骤实现的：

1）在其中一个对接件上设置垂直于对接轴线的第一反射平面，在第一反射平面朝向另一对接件一侧设置与第一反射平面成45度夹角的第二反射平面和第三反射平面，所述第二反射平面与第一反射平面的交线垂直于第三反射平面与第一反射平面的交线，设第一反射平面与第二反射平面的交线为X轴，且指向第三反射平面的方向为X轴正向，第一反射平面与第三反射平面的交线为Y轴，且指向第二反射平面的方向为Y轴正向，对接轴线方向为Z方向，且指向另一对接件方向为Z轴正向； 

2） 在另一个对接件上设置第一激光位移传感器，第二激光位移传感器和第三激光位移传感器；所述第一激光位移传感器射出的光垂直射向第一反射平面，所述第二激光位移传感器射出的光平行于第一激光位移传感器射出的光，且射向第二反射平面，所述第三激光位移传感器射出的光也平行于第一激光位移传感器射出的光，且射向第三反射平面，将此时三个激光传感器的读数设置为0；

3）当两对接件发生相对位移时，第一激光位移传感器的读数为L₁，第二激光位移传感器的读数为L₂，第三激光位移传感器的读数为L₃；

4） 得出两对接件三维的相对位移量分别为L_X=L₃-L₁、L_Y=L₂-L₁、L_Z=L₁。

本发明是构建了一个三维坐标系下的三个反射面，其中第一反射平面垂直于对接轴线，第二反射平面与第三反射平面均与第一反射平面成45度角，且两者与第一反射平面的交线互相垂直。由于三个激光位移传感器射出的光彼此平行，且均垂直于第一反射平面，此时第一激光位移传感器测得的数值即为两对接件在对接轴线即Z方向上的位移量；第二激光位移传感器射向第二反射平面，当两物体在平行于第一反射平面面的平面内发生相对位移时，第二激光位移传感器在第二反射平面上的照射点发生变化，测得的数值也相应的发生变化。因为第二、第三反射平面与第一反射平面的交线互相垂直且均与第一反射平面成45度夹角，而根据等腰直角三角形两直角边相等的规律可以得出：第二激光位移传感器数值的变化等于两对接件在Y方向的相对位移；同理，第三激光位移传感器的数值变化等于两对接件在X方向的相对位移。

本发明与现有的采用多个激光位移传感器定位的方法相比具有以下优点：1、减少了激光位移传感器的使用数量，降低了成本；2、此方法操作简便，数据处理简单；3、测量相对位移只需处理3个数据，与现有方法相比，降低了犯错的机率。

附图说明

图1为三个反射面设置的示意图；

图中：1-第一反射平面，2-第二反射平面，3-第三反射平面。

具体实施方式

激光位移传感器测对接件相对位移的方法，该方法是通过以下步骤实现的：

1）    在其中一个对接件上设置垂直于对接轴线的第一反射平面1，在第一反射平面1朝向另一对接件一侧设置与第一反射平面1成45度夹角的第二反射平面2和第三反射平面3，所述第二反射平面2与第一反射平面1的交线垂直于第三反射平面3与第一反射平面1的交线，设第一反射平面1与第二反射平面2的交线为X轴，且指向第三反射平面3的方向为X轴正向，第一反射平面1与第三反射平面3的交线为Y轴，且指向第二反射平面2的方向为Y轴正向，对接轴线方向为Z方向，且指向另一对接件方向为Z轴正向；

2） 在另一个对接件上设置第一激光位移传感器，第二激光位移传感器和第三激光位移传感器；所述第一激光位移传感器射出的光垂直射向第一反射平面1，所述第二激光位移传感器射出的光平行于第一激光位移传感器射出的光，且射向第二反射平面2，所述第三激光位移传感器射出的光也平行于第一激光位移传感器射出的光，且射向第三反射平面3，将此时三个激光传感器的读数设置为0；

3） 当两对接件发生相对位移时，第一激光位移传感器的读数为L₁，第二激光位移传感器的读数为L₂，第三激光位移传感器的读数为L₃；

4）  得出两对接件三维的相对位移量分别为L_X=L₃-L₁、L_Y=L₂-L₁、L_Z=L₁。

具体实施时，步骤1）所述第一反射平面1为矩形平板，所述第二反射平面2、第三反射平面3为等腰直角三棱柱的斜边侧面（斜边侧面是指在三棱柱的上底面和下底面等腰直角三角形斜边所确定的侧面）。

步骤2）所述第一、第二、第三激光位移传感器射出光分别照射在三个反射面的几何中心。此方法的测量范围是由三个反射面的大小确定的，照射在反射面的几何中心，可使得在反射面大小一定的条件下获得较大的测量范围。

Claims (3)

1.一种激光位移传感器测对接件相对位移的方法，其特征为：该方法是通过以下步骤实现的：

1)、在其中一个对接件上设置垂直于对接轴线的第一反射平面（1），在第一反射平面（1）朝向另一对接件一侧设置与第一反射平面（1）成45度夹角的第二反射平面（2）和第三反射平面（3），所述第二反射平面（2）与第一反射平面（1）的交线垂直于第三反射平面（3）与第一反射平面（1）的交线，设第一反射平面（1）与第二反射平面（2）的交线为X轴，且指向第三反射平面（3）的方向为X轴正向，第一反射平面（1）与第三反射平面（3）的交线为Y轴，且指向第二反射平面（2）的方向为Y轴正向，对接轴线方向为Z方向，且指向另一对接件方向为Z轴正向； 

2)、在另一个对接件上设置第一激光位移传感器，第二激光位移传感器和第三激光位移传感器；所述第一激光位移传感器射出的光垂直射向第一反射平面（1），所述第二激光位移传感器射出的光平行于第一激光位移传感器射出的光，且射向第二反射平面（2），所述第三激光位移传感器射出的光也平行于第一激光位移传感器射出的光，且射向第三反射平面（3），将此时三个激光传感器的读数设置为0；

3）、当两对接件发生相对位移时，第一激光位移传感器的读数为L₁，第二激光位移传感器的读数为L₂，第三激光位移传感器的读数为L₃；

4）、得出两对接件三维的相对位移量分别为L_X=L₃-L₁、L_Y=L₂-L₁、L_Z=L₁。

2.根据权利要求1所述的激光位移传感器测对接件相对位移的方法，其特征为：步骤1）所述第一反射平面（1）为矩形平板，所述第二反射平面（2）、第三反射平面（3）为等腰直角三棱柱的斜边侧面。

3.根据权利要求2所述的激光位移传感器测对接件相对位移的方法，其特征为：步骤2）所述第一、第二、第三激光位移传感器射出光分别照射在三个反射面的几何中心。