CN110672017B - 一种激光位移传感器振动补偿平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光位移传感器振动补偿平台，包括激光测量装置、信号处理器和补偿计算装置；所述激光测量装置包括激光位移传感器、加速度传感器、角速度传感器和夹具；所述信号处理器包括数据采集卡和信号放大器；所述数据采集卡用于采集所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器的输出电压；所述补偿计算装置，分别根据所述数据采集卡采集的所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器的输出电压计算得到位移、振动位移误差和振动角度误差，代入到形位纠正矩阵中得到补偿后所述激光位移传感器的测量点位置及位移。本发明解决了现有的激光位移传感器容易受振动影响被测量部件的测量准确度的问题。

Description

一种激光位移传感器振动补偿平台

技术领域

本发明涉及激光位移传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种激光位移传感器振动补偿平台。

背景技术

激光位移传感器作为非接触式测量的核心部件，激光位移传感器具有测量效率高、操作简单等优点，当激光位移传感器移动或在工作台上工作时难免受到振动的影响，因而测量产生误差，其测量准确度直接影响最终的被测量部件的测量准确度。

目前使用最为广泛的激光位移传感器均不具备振动补偿装置，测量时由于激光位移传感器振动而造成的测量误差会降低被测量件精度，使得被测量件不符合预期，增加加工成本，操作效率较低。

发明内容

根据上述提出现有的激光位移传感器容易受振动影响被测量部件的测量准确度的技术问题，而提供一种激光位移传感器振动补偿平台。本发明主要通过由激光测量装置、信号处理器和补偿算法组成的振动补偿平台，从而对激光位移传感器的测量误差进行补偿。

本发明采用的技术手段如下：

一种激光位移传感器振动补偿平台，包括激光测量装置、信号处理器和补偿计算装置；

所述激光测量装置包括激光位移传感器、加速度传感器、角速度传感器和夹具；所述加速度传感器和所述角速度传感器固定安装于所述夹具；所述夹具夹紧所述激光位移传感器；

所述信号处理器包括数据采集卡和信号放大器；所述数据采集卡和所述信号放大器均分别与所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器电连接，所述数据采集卡用于采集所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器的输出电压；

所述补偿计算装置，分别根据所述数据采集卡采集的所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器的输出电压计算得到位移、振动位移误差和振动角度误差；将位移、振动位移误差和振动角度误差代入到形位纠正矩阵中得到补偿后所述激光位移传感器的测量点位置及位移。

进一步地，所述形位纠正矩阵通过如下公式表示：

其中：i＝1，2，3...；向量

和

分别是所述激光位移传感器的第i个步长的补偿后理想激光束向量o₂B在坐标系o₂x₂y₂z₂中x轴、y轴和z轴的分向量；向量

和

分别是所述激光位移传感器的第i个步长的实际激光束向量o₁A在坐标系o₁x₁y₁z₁中x轴、y轴和z轴的分向量；A_i、B_i和C_i为所述振动角度误差，其中，A_i为所述角速度传感器采集到的绕x轴的滚动角；B_i为所述角速度传感器采集到的绕y轴的俯仰角；C_i为所述角速度传感器采集到的绕z轴的偏摆角；Δx_i、Δy_i和Δz_i分别表示沿x轴、y轴和z轴的所述振动位移误差。

进一步地，将所述角速度传感器的输出电压转换为角速度，根据如下公式计算得到所述振动角度误差：

其中：

和

分别代表第i个步长的所述角速度传感器测得的绕x轴、y轴和z轴的角速度；Δt＝t_i-t_i-1为时步长；i＝1，2，3...。

进一步地，将所述加速度传感器的输出电压转换为加速度，根据如下公式计算得到所述振动位移误差：

其中：

和

分别代表第i个步长的所述加速度传感器测得的沿x轴、y轴和z轴的加速度分量；Δt＝t_i-t_i-1为时步长；i＝1，2，3...。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的激光位移传感器振动补偿平台，可以对激光位移传感器的测量误差进行补偿，且结构简单，使用方便。

综上，应用本发明的技术方案通过由激光测量装置、信号处理器和补偿算法组成的振动补偿平台，从而对激光位移传感器的测量误差进行补偿。因此，本发明的技术方案解决了现有的激光位移传感器容易受振动影响被测量部件的测量准确度的问题。

基于上述理由本发明可在激光位移传感器等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述激光位移传感器振动补偿平台结构示意图。

图2为本发明所述激光位移传感器振动补偿平台工作原理示意图。

图3为本发明所述形位纠正矩阵公式附图。

图中：1、激光位移传感器；2、加速度传感器；3、角速度传感器；4、夹具；5、信号放大器；6、补偿计算装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供了一种激光位移传感器振动补偿平台，包括激光测量装置、信号处理器和补偿计算装置；

所述激光测量装置包括激光位移传感器1、加速度传感器2、角速度传感器3和夹具4；所述加速度传感器2和所述角速度传感器3固定安装于所述夹具4；所述夹具4夹紧所述激光位移传感器1；

所述信号处理器包括数据采集卡和信号放大器5；所述数据采集卡和所述信号放大器5均分别与所述激光位移传感器1、所述加速度传感器2和所述角速度传感器3电连接，所述数据采集卡用于采集所述激光位移传感器1、所述加速度传感器2和所述角速度传感器3的输出电压；所述信号放大器5用于使采集的输出电压数据更清晰；

所述补偿计算装置6，分别根据所述数据采集卡采集的所述激光位移传感器1、所述加速度传感器2和所述角速度传感器3的输出电压计算得到位移、振动位移误差和振动角度误差；将位移、振动位移误差和振动角度误差代入到形位纠正矩阵中得到补偿后所述激光位移传感器1的测量点位置及位移。

本发明通过采集加速度传感器和角速度传感器采集的数据实现对激光位移传感器的振动补偿。

进一步地，所述形位纠正矩阵通过如下公式表示：

其中：i＝1，2，3...；向量

和

分别是所述激光位移传感器1的第i个步长的补偿后理想激光束向量o₂B在坐标系o₂x₂y₂z₂中x轴、y轴和z轴的分向量；向量

和

分别是所述激光位移传感器1的第i个步长的实际激光束向量o₁A在坐标系o₁x₁y₁z₁中x轴、y轴和z轴的分向量；将笛卡尔坐标系中的向量

和

向量

和

合成为最终位移，即为补偿后所述激光位移传感器1的测量点位置及位移。

A_i、B_i和C_i为所述振动角度误差，其中，A_i为所述角速度传感器3采集到的绕x轴的滚动角；B_i为所述角速度传感器3采集到的绕y轴的俯仰角；C_i为所述角速度传感器3采集到的绕z轴的偏摆角；Δx_i、Δy_i和Δz_i分别表示沿x轴、y轴和z轴的所述振动位移误差。

进一步地，将所述角速度传感器3的输出电压转换为角速度，根据如下公式计算得到所述振动角度误差：

其中：

和

分别代表第i个步长的所述角速度传感器测得的绕x轴、y轴和z轴的角速度；Δt＝t_i-t_i-1为时步长；i＝1，2，3...。

进一步地，将所述加速度传感器2的输出电压转换为加速度，根据如下公式计算得到所述振动位移误差：

其中：

和

分别代表第i个步长的所述加速度传感器测得的沿x轴、y轴和z轴的加速度分量；Δt＝t_i-t_i-1为时步长；i＝1，2，3...。

在本申请中，所述激光位移传感器1、所述加速度传感器2和所述角速度传感器3的输出电压与位移、加速度和角速度的转换关系通过各传感器的说明书提供的相关参数即可得到。

进一步地，所述激光位移传感器的型号为基恩士IL-030；所述加速度传感器的型号为JY61串口六轴加速度计电子陀螺仪；所述角度传感器的型号为mpu6050模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种激光位移传感器振动补偿平台，其特征在于，包括激光测量装置、信号处理器和补偿计算装置；

所述激光测量装置包括激光位移传感器、加速度传感器、角速度传感器和夹具；所述加速度传感器和所述角速度传感器固定安装于所述夹具；所述夹具夹紧所述激光位移传感器；

所述信号处理器包括数据采集卡和信号放大器；所述数据采集卡和所述信号放大器均分别与所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器电连接，所述数据采集卡用于采集所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器的输出电压；

所述补偿计算装置，分别根据所述数据采集卡采集的所述激光位移传感器、所述加速度传感器和所述角速度传感器的输出电压计算得到位移、振动位移误差和振动角度误差；将位移、振动位移误差和振动角度误差代入到形位纠正矩阵中得到补偿后所述激光位移传感器的测量点位置及位移；

所述形位纠正矩阵通过如下公式表示：

其中：i＝1，2，3...；向量

和

分别是所述激光位移传感器的第i个步长的补偿后理想激光束向量o₂B在坐标系o₂x₂y₂z₂中x轴、y轴和z轴的分向量；向量

和

分别是所述激光位移传感器的第i个步长的实际激光束向量o₁A在坐标系o₁x₁y₁z₁中x轴、y轴和z轴的分向量；A_i、B_i和C_i为所述振动角度误差，其中，A_i为所述角速度传感器采集到的绕x轴的滚动角；B_i为所述角速度传感器采集到的绕y轴的俯仰角；C_i为所述角速度传感器采集到的绕z轴的偏摆角；Δx_i、Δy_i和Δz_i分别表示沿x轴、y轴和z轴的所述振动位移误差；

将所述角速度传感器的输出电压转换为角速度，根据如下公式计算得到所述振动角度误差：

其中：

和

分别代表第i个步长的所述角速度传感器测得的绕x轴、y轴和z轴的角速度；Δt＝t_i-t_i-1为时步长；i＝1，2，3...；

将所述加速度传感器的输出电压转换为加速度，根据如下公式计算得到所述振动位移误差：

其中：

和

分别代表第i个步长的所述加速度传感器测得的沿x轴、y轴和z轴的加速度分量；Δt＝t_i-t_i-1为时步长；i＝1，2，3...。

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