CN104316009A - 一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，步骤如下：建立拉绳变形量同受力的关系数据库；建立拉绳加速度同受力的关系数据库；根据所述拉绳变形量同受力的关系数据库及所述拉绳加速度同受力的关系数据库计算得到拉绳末端实际的位移量。使用本发明提供的动态测量误差补偿方法不需要在原测量系统独立添加测力传感器，即可实现在动态测量时因被测物体加速度引起的拉绳变形量的补偿，提高动态测量精度，计算过程简单，容易实现。

Description

一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法

技术领域

本发明涉及动态测量领域，具体涉及一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法。

背景技术

三坐标测量仪是一种常见的用于空间测量的大型三维测量系统，能够以很高的精度测出工件的曲面特征参数，但该系统的缺点在于体积过于庞大，价格高，移动不方便。另一种是常用的是激光跟踪仪，其测量精度高，测量范围广，但其动态测量速度有所限制，且价格过于昂贵。基于高精度拉绳编码器的动态测量技术已被研究和应用，但在测量空间三维坐标时，对于被测物体运动加速度大的应用场合，拉绳会因受到加速度冲击力的影响，产生变形，从而降低了三维坐标动态测量的测量精度。但加速度和拉绳变形量间的关系难以直接测量得到。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，本发明计算过程简单，容易实现。

本发明提供一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，步骤如下：

首先，建立拉绳受力同变形量的关系数据库，步骤如下：

组建拉绳受力-变形量试验平台，所述拉绳受力-变形试验平台装置包括，基座、拉绳编码器、夹头、拉力传感器、滑块、光栅尺、丝杆、支座和手柄；

转动所述手柄，对拉绳施加不同的拉力，拉力逐渐递增，直到拉绳完全伸出，记录下所有中间拉绳受力及其对应的变形量，形成一个10×10的补偿矩阵。

进一步，建立拉绳加速度同受力的关系数据库，步骤如下：

组建拉绳加速度-受力试验平台，所述拉绳加速度-受力试验平台装置包括：基座、拉绳编码器、拉力传感器、滑块、丝杆、支座和伺服电机；

设置不同的加速度，拉伸编码器的拉绳，读取拉力和拉绳编码器伸缩增量，计算瞬时加速度；

加速度逐渐递增，增到额定加速度，记录下所有拉力和瞬时加速度。

最后，根据拉绳受力同变形量的关系数据库及拉绳加速度同受力的关系数据库计算得到拉绳末端实际的位移量：

采集三个相邻的采样周期的拉绳编码器伸缩增量；

计算瞬时加速度；

根据瞬时加速度查找拉绳运动加速度和受力关系数据库，得到拉绳的受力；

根据拉绳的受力和拉绳的伸长量查找拉绳受力同变形量关系数据库，得到拉绳的变形量；

根据拉绳的变形量，计算得到拉绳末端实际的位移量。

本发明的有益效果在于，使用本发明提供的动态测量误差补偿方法不需要在原测量系统独立添加测力传感器，即可实现在动态测量时因被测物体加速度引起的拉绳变形量的补偿，提高动态测量精度。本发明计算过程简单，容易实现。

附图说明

图1所示为本发明实施例方法流程图。

图2所示为本发明实施例拉绳受力-变形量试验平台装置图。

图3所示为本发明实施例拉绳加速度-受力试验平台装置图。

具体的实施方式

下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1所示，本发明提供一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，步骤如下：

步骤S10建立拉绳变形量同受力的关系数据库，步骤如下：

步骤S11组建拉绳受力-变形量试验平台，如图2所示：

该试验平台装置包括基座1、拉绳编码器2、夹头3、拉力传感器4、滑块5、光栅尺6、丝杆7、支座8和手柄9。光栅尺6同基座1上的导轨平行安装，其读数头固定在丝杆7末端的滑块5一侧，同滑块5一道运动；为了能够控制拉绳的受力，丝杆7的一端连接一手柄9，转动手柄9，丝杆7带动滑块5在导轨上滑动；拉力传感器4一端固定在滑块5上，另一端同拉绳连接。

步骤S12对拉绳施加不同的拉力，拉力逐渐递增，直到拉绳完全伸出，记录下所有中间拉绳受力及其对应的变形量，形成一个10×10的补偿矩阵。

转动手柄9至拉绳总伸长量的10％，钳住拉绳拉出端，继续转动手柄9至拉绳受力等于其额定拉力的10％，拉绳和光栅尺6的计数差即是拉绳的变形量，继续按10％增加拉力直到额定拉力为止，记下所有中间拉绳受力及其对应的变形量；继续转动手柄9按10％增量让拉绳伸长，重复上一步骤，直到拉绳完全伸出，记录下所有拉绳受力及其对应的变形量，形成一个10×10的补偿矩阵，作为拉绳变形量同受力的关系数据库，格式如表1所示。

表1：拉绳受力同变形量的关系

步骤S20建立拉绳的加速度同受力的关系数据库，步骤如下：

步骤S21组建拉绳加速度-受力试验平台，如图3所示：

该试验平台装置包括基座1、拉绳编码器2、拉力传感器4、滑块5、丝杆7、支座8和伺服电机9。伺服电机9驱动滑台5运动，拉力传感器4一端固定在滑块5上，另一端同拉绳连接。

步骤S22设置不同的加速度，拉伸拉绳，读取拉力和拉绳编码器伸缩增量，计算瞬时加速度a。

利用伺服驱动器9的JOG功能，设置不同的JOG加速度，拉伸拉绳，读取拉力传感器4采集到的拉力F和拉绳编码器2伸缩增量Δs_i，对连续的三个相邻采样周期的拉绳编码器的伸缩增量Δsi-2、Δsi-1、Δsi进行采集，通过求差，计算瞬时加速度a，ΔT为拉绳编码器2的信号采样周期。

步骤S23JOG加速度按额定加速度的10％递增，直到额定加速度，记录下所有拉力F和瞬时加速度a，建立拉绳加速度同受力的关系数据库，格式如表2所示：

表2：拉绳加速度同受力的关系

步骤S30根据所述拉绳受力同变形量的关系数据库及所述拉绳加速度同受力的关系数据库计算得到拉绳末端实际的位移量，步骤如下：

步骤S31采集三个相邻的采样周期的拉绳编码器2伸缩增量Δs_i-2、Δs_i-1、Δs_i；

步骤S32对三个伸缩增量进行求差计算，得到瞬时加速度a，ΔT为拉绳编码器2的信号采样周期；

步骤S33根据瞬时加速度a查找拉绳运动加速度和受力关系数据库，采用插值法得到拉绳的受力F，即 $F=\frac{a-a_{i-1}}{a_i-a_{i-1}}(F_i-F_{i-1})+F_i;$

步骤S34根据拉绳的受力F和拉绳的伸长量L，查找拉绳受力和变形量关系数据库，得到拉绳的变形量Δ1，

$\mathrm{\Δ}{l}_{j-1}=\frac{F-F_{i-1,j-1}}{F_{i,j-1}-F_{i-1,j-1}}(\mathrm{\Δ}{l}_{i,j-1}-\mathrm{\Δ}{l}_{i-1,j-1})+\mathrm{\Δ}{l}_{i-1,j-1},$

$\mathrm{\Δ}{l}_j=\frac{F-F_{i-1,j}}{F_{i,j}-F_{i-1,j}}(\mathrm{\Δ}{l}_{i,j}-\mathrm{\Δ}{l}_{i-1,j})+\mathrm{\Δ}{l}_{i-1,j},$

$\mathrm{\Δ}l=\frac{l-l_{j-1}}{l_j-l_{j-1}}(\mathrm{\Δ}{l}_j-\mathrm{\Δ}{l}_{j-1})+\mathrm{\Δ}{l}_{i-1};$

步骤S35根据拉绳的变形量Δ1，计算得到拉绳末端实际的位移量Δs＝Δ1+Δsi。

使用本发明提供的动态测量误差补偿方法不需要在原测量系统独立添加测力传感器，即可实现在动态测量时因被测物体加速度引起的拉绳变形量的补偿，提高动态测量精度。本发明计算过程简单，容易实现。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (4)

1.一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，其特征在于，方法步骤如下：

建立拉绳受力同变形量的关系数据库；

建立拉绳加速度同受力的关系数据库；

根据所述拉绳受力同变形量的关系数据库及所述拉绳加速度同受力的关系数据库计算得到拉绳末端实际的位移量。

2.如权利要求1所述的一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，其特征在于，所述建立拉绳变形量同受力的关系数据库的步骤，包括：

组建拉绳受力-变形量试验平台，所述拉绳受力-变形量试验平台装置包括，基座、拉绳编码器、夹头、拉力传感器、滑块、光栅尺、丝杆、支座和手柄；

转动所述手柄，对拉绳施加不同的拉力，拉力逐渐递增，直到拉绳完全伸出，记录所有中间拉绳受力及其对应的变形量，形成一个10×10的补偿矩阵。

3.如权利要求1所述的一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，其特征在于，所述建立拉绳加速度同受力的关系数据库的步骤，包括：

组建拉绳加速度-受力试验平台，所述拉绳加速度-受力试验平台装置包括：基座、拉绳编码器、拉力传感器、滑块、丝杆、支座和伺服电机；

设置不同的加速度，读取拉力和拉绳编码器伸缩增量，计算瞬时加速度；

加速度逐渐递增，增到额定加速度，记录所有拉力和瞬时加速度。

4.如权利要求1所述的一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法，其特征在于，所述拉绳末端实际的位移量测量方法的步骤，包括：

采集三个相邻的采样周期的拉绳编码器伸缩增量；

计算瞬时加速度；

根据所述瞬时加速度查找所述拉绳运动加速度和受力关系数据库，得到拉绳的受力；

根据所述拉绳的受力和拉绳的伸长量查找所述拉绳受力同变形量关系数据库，得到拉绳的变形量；

根据所述拉绳的变形量，计算得到拉绳末端实际的位移量。