CN106949855B - 一种转轴角位移测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转轴角位移测量装置，涉及角位移测量技术，旨在将转轴的角位移转换为线位移，并输出反映该线位移的信号。本发明采用的技术方案是这样的：包括测量杆、位移测量装置以及处理单元；所述测量杆上非端部的一点与转轴连接，且测量杆的中心与转轴的旋转中心不必然重合；所述位移测量装置用于检测反映测量杆端部运动轨迹的起点与终点之间距离的物理量；所述处理单元与位移测量装置具有信号连接，处理单元用于接收位移测量装置输出的所述物理量，并根据所述物理量计算出转轴的角位移。

Description

一种转轴角位移测量装置
技术领域
本发明涉及角位移测量技术，特别是一种转轴角位移测量装置。
背景技术
在飞机制造维修过程中，往往需要检测、标定飞机起落架上转轴1转动时的角位移，如图1所示，但是存在这样的问题：转轴外壳2表面为未加工表面，且不允许进行铣削、钻孔等再加工，因此传统的角位移传感器，如编码器等，欠定位基准，因而测量精度不能满足要求起落架。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种转轴角位移测量装置，将角位移转换为线位移，并输出反映该线位移的信号，以达到在起落架转轴中心未知的情况下也能得到较高精度角位移测量值的目的。
本发明采用的技术方案是这样的：包括测量杆、位移测量装置以及处理单元；
所述测量杆上非端部的一点与转轴连接，且测量杆的中心与转轴的旋转中心不必然重合；
所述位移测量装置用于检测反映测量杆端部运动轨迹的起点与终点之间距离的物理量；
所述处理单元与位移测量装置具有信号连接，处理单元用于接收位移测量装置输出的所述物理量，并根据所述物理量计算出转轴的角位移。
进一步，测量杆的中心与转轴的旋转中心不重合。
进一步，所述位移测量装置包括支架及位移传感器；所述位移传感器的一部分安装于支架上，另一部分安装于测量杆的端部；位移传感器的所述一部分位于测量杆端部运动轨迹所在圆周的某一点处。
进一步，所述位移测量装置包括支架及至少两个位移传感器；两个位移传感器的一部分分别安装于支架的对应于测量杆两个端部的两侧，两个位移传感器的另一部分分别安装于测量杆的两个端部；
任意一个位移传感器的所述一部分位于其附近测量杆端部运动轨迹所在圆周上的某一点处。
进一步，所述位移测量装置包括支架及四个位移传感器；两个位移传感器的一部分安装于支架的对应于测量杆一个端部的一侧，这两个位移传感器的另一部分安装于测量杆的该端部上；
另外两个位移传感器的一部分安装于支架的对应于测量杆另一个端部的一侧，这两个位移传感器的另一部分安装于测量杆的该端部上；
任意一个位移传感器的所述一部分位于其附近测量杆端部运动轨迹所在圆周上的某一点处。
进一步，所述位移测量装置包括支架、图像采集装置及光源；
所述光源安装于测量杆的端部；
图像采集装置安装于所述支架上，用于采集包含测量杆端部在运动过程中光源形成的光斑的图像；
或者，所述图像采集装置安装于测量杆的端部；
光源安装于所述支架上；
所述图像采集装置用于采集包含测量杆端部在运动过程中光源形成的光斑的图像。
进一步，所述位移测量装置包括支架、四象限光电池及光源；
所述光源安装于测量杆的端部；
四象限光电池安装于所述支架上，用于接收测量杆端部在运动过程中光源发射的光线；
或者，所述四象限光电池安装于测量杆的端部；
光源安装于所述支架上；
所述四象限光电池用于采集测量杆端部在运动过程中光源发射的光线。
进一步，所述位移测量装置包括支架、两个线阵CCD及两个线光源；
所述两个线光源分别安装于测量杆的两个端部上，线光源与测量杆平行；两个线阵CCD安装于测量杆两个端部下方的支架上，线阵CCD与测量杆的初始位置基本垂直，线阵CCD用于采集测量杆端部在运动过程中线光源射到其上的光线，记录入射光线的坐标并输出；
或者，所述两个线阵CCD分别安装于测量杆的两个端部上，线阵CCD与测量杆平行；两个光源安装于测量杆两个端部下方的支架上，线光源与测量杆的初始位置基本垂直，线阵CCD用于采集测量杆端部在运动过程中线光源射到其上的光线，记录入射光线的坐标并输出。
进一步，转轴与测量杆之间通过抱箍进行固定连接；其中抱箍包括夹持部及两个固定翼，夹持部为v形或圆弧形，所述转轴卡于v形或圆弧形的夹持部中，两个固定翼连接到测量杆上。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明无需在飞机起落架外壳上再加工，只需要将测量杆与转轴连接即可，将角位移转换为线位移进行检测，满足了飞机制造维修过程中对飞机起落架转轴角位移测量的精度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是飞机起落架的结构示意图。
图2是本发明第一实施例的结构示意图。
图3是本发明第二实施例的结构示意图。
图4是利用本发明测量杆端部位移检测结果计算转轴角位移的第一原理示意图。
图5是利用本发明测量杆端部位移检测结果计算转轴角位移的第二原理示意图。
图6是利用本发明测量杆端部位移检测结果计算转轴角位移的第三原理示意图。
图7是测量杆与转轴固定连接方式的一个具体实施例。
图中标记：1为转轴；2为转轴外壳；3为支架；41为位移传感器的一部分，42为位移传感器的另一部分；5为测量杆；61为起始点光斑，62为终点光斑；7为抱箍，71为夹持部，72为固定翼。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
第一实施例
如图2所示，包括测量杆、位移测量装置以及处理单元。
所述测量杆上非端部的一点与转轴连接，且测量杆的中心与转轴的旋转中心不必然重合；测量杆的中心可以是测量杆的几何中心、质心或者第一位移测量装置或其部件与第二位移测量装置或其部件之间连线的中点；其中第一位移测量装置或其部件安装于测量杆的一个端部上，第二位移测量装置或其部件安装于测量杆的另一个端部上。
所述位移测量装置用于检测反映测量杆端部运动轨迹的起点与终点之间距离的物理量。
所述处理单元与位移测量装置具有信号连接，处理单元用于接收位移测量装置输出的所述物理量，并根据所述物理量计算出转轴的角位移。
其中，测量杆与转轴连接，连接的方式有多种，例如，使用抱箍将测量杆固定在转轴上，参见图7，抱箍包括夹持部71及两个固定翼72，其中夹持部71呈v形，转轴1卡于V形夹持部71中，抱箍7的两固定翼72通过螺栓方式固定在测量杆5上，能有效防止转轴与抱箍之间的相对运动。同时避免了在飞机起落架上打孔等加工，既满足了飞机制造过程中的要求，安装方式也简单、快速。在其他实施例中，加持部还可以是圆弧形。这种连接方式下，测量杆的中心与转轴的旋转中心就不重合。
本实施例中，位移测量装置包括支架3及位移传感器；所述位移传感器的一部分41安装于支架3上，另一部分42则安装于测量杆的端部。这里的位移传感器包括但不限于，超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器等。
当位移传感器为霍尔传感器时，安装于支架上的一部分为霍尔元件，安装于测量杆端部的另一部分为磁铁。本领域技术人员不难料想，将霍尔元件与磁铁位置互换，也能达到测距的效果。
当位移传感器为超声波传感器或涡流传感器时，安装于支架上的一部分为超声波传感器或涡流传感器的发射接收部分，安装于测量杆端部的另一部分为反射部分。本领域技术人员不难料想，将发射接收部分与反射部分互换，也能达到测距的效果。
位移传感器的安装于支架上的一部分位于测量杆端部运动轨迹所在圆周上的某一点处。测量杆在转轴转动的带动下，其端部的运动轨迹一定在一圆周上，该圆周的圆心为转轴。端部的运动轨迹为该圆周上的一段圆弧，这个圆弧也反应了该端部的运动范围，将距离传感器的所述一部分41设置于该圆周上且在端部运动范围以外。这样既能确保检测到端部相对于位移传感器的距离变化，又不会妨碍转轴的转动。大多数情况下，检测时转轴的角位移一般不超过±10°，更多的情况是不超过±5°。即角位移很小，那么位移传感器的所述一部分41到测量杆5端部的垂直距离，测量杆端部在运动起点和终点连线的直线距离，以及测量杆端部在运动起点和终点间的弧长都是基本相等。
第二实施例
参见图3，第二实施例在第一实施例的基础上对位移测量装置做了一些改进。
本实施例的位移测量装置包括支架3及四个位移传感器；支架3的两侧分别设置于测量杆5的两个端部附近；支架的两侧各安装两个位移传感器4的一部分41，测量杆5两个端部各安装两个位移传感器的另一部分42。
在支架的任意一侧，其上的两个位移传感器的一部分41位于其附近测量杆端部运动轨迹所在的圆周上，且在该测量杆端部运动范围以外，该测量杆端部在两个位移传感器的所述一部分41之间运动。
在第二实施例的教导下，本领域技术人员不难料想到，对第二实施例中的支架或位移传感器的数量进行调整，便可得到不同具体实施例，如第三实施例。
第三实施例
本实施例中的位移测量装置包括支架及至少两个位移传感器；两个位移传感器的一部分41分别安装于支架的对应于测量杆两个端部的两侧，两个位移传感器的另一部分42分别安装于测量杆的两个端部。
任意一个位移传感器的所述一部分41位于其附近测量杆端部运动轨迹所在圆周上的某一点处。
参见图4，利用三角函数即可计算出转轴旋转过的角度，即转轴角位移：
；
其中d1为测量杆一端部处位移传感器的输出值，d2为测量杆另一端部处位移传感器的输出值，l为测量杆的长度。当测量杆端部处的位移传感器为两个值时，d1为测量杆一端部处位两个移传感器的输出值的均值，d2为测量杆另一端部处两个位移传感器的输出值的均值。
第四实施例
本实施例相对于第一实施例的不同也是在位移测量装置上，位移测量装置包括支架、图像采集装置及光源；所述光源安装于测量杆的端部，图像采集装置的安装在支架上，且安装位置较为灵活，只要能采集到包含测量杆端部在运动过程中光源形成的光斑的图像即可。
本领域技术人员不难料想，将图像采集装置与光源的位置对调也是可行的。
在一个更优的实施例中，光源采用激光源，图像采集装置为CCD图像传感器。
取测量杆端部运动起点时刻图像采集装置输出包含光斑的图像以及测量杆端部在运动终点时刻图像采集装置输出包含光斑的图像，通过图像处理算法可以确定每张图像上光斑的位置坐标，如图5，令其为、/>，则转轴的角位移为/>：
；
l为测量杆的长度。
第五实施例
本实施例相对于第一实施例的不同也是在位移测量装置上，位移测量装置包括支架、四象限光电池及光源；所述光源安装于测量杆的端部，四象限光电池的安装在支架上，用于采集到包含测量杆端部在运动过程中光源发射的光线。
本领域技术人员不难料想，将四象限光电池与光源的位置对调也是可行的。
当入射光线照射在四象限光电池的不同位置时，四象限光电池输出不同的电信号。根据该电信号可以推算出入射光线的坐标。
取测量杆端部运动起点时刻四象限光电池输出的电信号以及测量杆端部在运动终点时刻四象限光电池输出的电信号，推算出测量杆端部在运动起点的坐标及运动终点的坐标，进而参见第四实施例的计算方式求得转轴的角位移。
第六实施例
本实施例相对于第一实施例的不同也是在位移测量装置上，位移测量装置包括支架、两个线阵CCD及两个线光源；所述两个线光源分别安装于测量杆的两个端部上，线光源与测量杆平行，两个线阵CCD安装于测量杆两个端部下方的支架上，线阵CCD与测量杆的初始位置基本垂直，用于采集测量杆端部在运动过程中线光源射到其上的光线，线阵CCD记录入射光线的坐标并输出。
本领域技术人员不难料想，将线光源与线阵CCD的位置对调也是可行的。
本实施例计算转轴角位移的公式为：
;
其中为测量杆一端部处线阵CCD的输出值，/>为测量杆另一端部处线阵CCD的输出值，l为测量杆的长度，如图6。
根据各种实施例的转轴角度计算过程，本领域技术人员可以知道，即使转轴的旋转中心与测量杆的中心不重合时，测量结果不变。因此本发明实现了在欠定位基准、且不允许对起落架转轴外壳再加工的要求下，都能获得高精度的测量结果。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种转轴角位移测量装置，其特征在于，包括测量杆、位移测量装置以及处理单元；所述测量杆上非端部的一点与转轴连接，且测量杆的中心与转轴的旋转中心不必然重合；所述位移测量装置用于检测反映测量杆端部运动轨迹的起点与终点之间距离的物理量；所述处理单元与位移测量装置具有信号连接，处理单元用于接收位移测量装置输出的所述物理量，并根据所述物理量计算出转轴的角位移；
所述位移测量装置包括支架、图像采集装置及光源；所述光源安装于测量杆的端部；图像采集装置安装于所述支架上，用于采集包含测量杆端部在运动过程中光源形成的光斑的图像；或者，所述图像采集装置安装于测量杆的端部；光源安装于所述支架上；所述图像采集装置用于采集包含测量杆端部在运动过程中光源形成的光斑的图像；
转轴的角位移θ为：其中，（x 1，y 1）和（x 2，y 2）分别为测量杆端部运动起点和终点时刻图像采集装置输出包含光斑的图像上光斑的位置坐标；l为测量杆的长度；转轴与测量杆之间通过抱箍进行固定连接；其中抱箍包括夹持部及两个固定翼，夹持部为v形，所述转轴卡于v形的夹持部中，两个固定翼连接到测量杆上。
2.根据权利要求1所述的一种转轴角位移测量装置，其特征在于，测量杆的中心与转轴的旋转中心不重合。
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