CN115790399B - 基于双位移传感器的弹头长度测量方法 - Google Patents

基于双位移传感器的弹头长度测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了基于双位移传感器的弹头长度测量方法，能够实现弹头长度的高速准确测量。本发明采用双激光位移传感器的对称测量方式，由两个位移传感器分别测量由传感器到基板的距离进而得到弹头长度，既解决了测量准确度的问题，又保证了测量效率，充分利用所得数据，提高测量精度；由于位置布置合理，在计算时，降低了复杂度，不增加额外计算，实现高精度快速测量。

Description

基于双位移传感器的弹头长度测量方法
技术领域
本发明涉及长度测量技术领域，具体涉及一种基于双位移传感器的弹头长度测量方法。
背景技术
现有的利要传感器进行长度测量方法基本集中在对于规则物体的尺寸测量，若直接采用这种方法进行不规则物品尺寸的测量，将会导致测量结果不准确。对于不规则物体尺寸虽然也有一些测量方法，但是这些方法都需要进行复杂的数据处理，耗时耗力。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了基于双位移传感器的弹头长度测量方法，能够实现弹头长度的高速准确测量。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于双位移传感器的弹头长度测量方法，在被测产品左右对称的位置分别布置一个位移传感器，位移传感器到被测产品的底平面的距离X 0 通过预先标定得出；长度测量时，在被测产品的弧顶尖位置布置一长条形基板，由两个位移传感器分别测量各自到基板的距离，被测产品的总长为：
Figure SMS_1
，其中，X 1 为一侧位移传感器到基板的距离，X 2 为另一侧位移传感器到基板的距离。
其中，被测产品放置于工装中，在被测产品工装的左右对称的位置分别布置一个位移传感器，位移传感器到被测产品的底平面的距离X 0 通过预先标定得出；长度测量时，在被测产品的弧顶尖位置布置一长条形基板，由两个位移传感器分别测量各自到基板的距离，被测产品的总长为：
Figure SMS_2
，其中，X 1 为一侧位移传感器到基板的距离，X 2 为另一侧位移传感器到基板的距离。
其中，传感器到被测产品的底平面的距离由工装的加工和实际安装确定。
其中，影响长度测量的因素包括工装的固定长度X 0 的标定、位移传感器的测量精度以及基板的倾斜误差。
其中，对弹头长度多次测量，取最小值作为最终长度测试结果。
有益效果
1、本发明采用双激光位移传感器的对称测量方式，由两个位移传感器分别测量由传感器到基板的距离进而得到弹头长度，既解决了测量准确度的问题，又保证了测量效率，充分利用所得数据，提高测量精度；由于位置布置合理，在计算时，降低了复杂度，不增加额外计算，实现高精度快速测量。
2、本发明与传统测量方法相比，在进行测量时，不受产品工装限制，即便是被测产品已放置于工装中，也可以进行准确测量。
3、本发明分析后，采用多次测量取最小值的方式，进一步提高测量准确度。
附图说明
图1是本发明实施例长度测量示意图。
图2是本发明基板与产品顶端接触点坐标示意图。
图3是本发明长度测量误差与X轴接触偏差角的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明中，产品总长测量采用双激光位移传感器的对称测量方式，若被测产品没有工装，在被测产品左右对称的位置分别布置一个位移传感器，位移传感器到被测产品的底平面的距离X 0 通过预先标定得出；长度测量时，在被测产品的弧顶尖位置布置一长条形基板，由两个位移传感器分别测量各自到基板的距离，被测产品的总长为：
Figure SMS_3
，其中，X 1 为一侧位移传感器到基板的距离，X 2 为另一侧位移传感器到基板的距离。
若被测产品有工装，本发明实施例长度测量如图1所示，被测产品放置于工装中，在被测产品工装的左右对称的位置分别布置一个位移传感器，位移传感器到被测产品的底平面的距离由工装的加工和实际安装确定，可预先标定得出，假设为X 0 。当需要进行长度测量时，在被测产品的弧顶尖位置布置一长条形基板，由两个位移传感器分别测量各自到基板的距离，那么产品的总长为：
Figure SMS_4
，其中，X 1 为一侧位移传感器到基板的距离，X 2 为另一侧位移传感器到基板的距离。
本实施例中，影响长度测量的主要因素在于工装的固定长度X 0 的标定、位移传感器的测量精度以及基板的倾斜误差，其中X 0 的标定通过标准长度样件获得，激光位移传感器选用测量范围（200±80）mm，重复精度0.2mm的传感器，基板的倾斜误差分析如下：
设被测产品顶点为球形，或与基板有限的接触部分为球形，以球心位置为坐标原点，球方程为：
Figure SMS_5
其中R为球心半径，顶点坐标为（0，0，R）。实际测长时产品和基板接触点有偏移，并不一定在顶点位置，从而带来测量误差。设接触点与X轴角度为θ，其在（y,z）面上的投影与y轴夹角为φ，则接触点坐标为
Figure SMS_6
，如图2所示。
图2中，
Figure SMS_7
，θ的角度尽可能小。进一步得到接触点定义的基板切平面为：
Figure SMS_8
为分析方便，设两个位移传感器安装位置都在z轴上，坐标分别为P1(0,-b)、P2(0,b)，则传感器发出的激光打到基板平面上的交点x轴坐标分别为：
Figure SMS_9
/>
分两种情况讨论：
（1）若基板平面与产品顶部的接触点刚好在顶点，θ=0，则
Figure SMS_10
，两个传感器分别测得的距离求平均得到球顶高度h：
Figure SMS_11
（2）若基板平面与产品顶部的接触点与顶点位置有偏差，则两个传感器分别测得的距离求平均得到球顶高度h：
Figure SMS_12
其与真实值R之间的误差E为：
Figure SMS_13
由此可见两个传感器的测距误差只和接触点与x轴的偏差角θ有关，和y轴偏差角φ无关。并且当存在偏差角θ时，实测h会比真实值R偏大。当θ在5°以内时，测量误差约为0.38%以内，其变化趋势如图3所示。其中测量误差的百分比表示是相对于球面半径，假设球面半径为100mm，则当偏差角为5°时，接触点在顶面上的线位移约为8.7mm，这种接触误差是肉眼可见的。此时的测量误差为0.38%，约为0.38mm。综合上述各因素，该测量方法能够保证产品1mm的测量准确度需求。
进一步分析长度测量过程中两位移传感器的差值，两位移传感器测量的距离差Δx和偏差角θ之间的关系为
Figure SMS_14
可见，两位移传感器测量的距离差大小主要取决于x轴偏角θ，θ决定了距离差的上限，而y轴偏角φ则使距离差在上限范围内做正弦变化。因此，若测量过程中两位移传感器差值为0，并不能确定此时基板位置水平，测量无误差，而可能是y轴偏角φ恰好在0°或180°附近。因此可以对弹头长度采用本发明方法进行多次测量，取最小值作为最终长度测试结果，进一步提高测量准确度。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于双位移传感器的弹头长度测量方法，其特征在于，在被测产品左右对称的位置分别布置一个位移传感器，位移传感器到被测产品的底平面的距离X 0 通过预先标定得出；长度测量时，在被测产品的弧顶尖位置布置一长条形基板，由两个位移传感器分别测量各自到基板的距离，被测产品的总长为：
Figure QLYQS_1
，其中，X 1 为一侧位移传感器到基板的距离，X 2 为另一侧位移传感器到基板的距离；
影响长度测量的因素包括工装的固定长度X 0 的标定、位移传感器的测量精度以及基板的倾斜误差；
基板的倾斜误差分析如下：
设被测产品顶点为球形，或与基板有限的接触部分为球形，以球心位置为坐标原点，球方程为：
Figure QLYQS_2
其中R为球心半径，顶点坐标为（0，0，R）；实际测长时产品和基板接触点有偏移，并不一定在顶点位置，从而带来测量误差；设接触点与X轴角度为θ，其在（y,z）面上的投影与y轴夹角为φ，则接触点坐标为
Figure QLYQS_3
其中，
Figure QLYQS_4
，θ的角度尽可能小，得到接触点定义的基板切平面为：
Figure QLYQS_5
设两个位移传感器安装位置都在z轴上，坐标分别为P1(0,-b)、P2(0,b)，则传感器发出的激光打到基板平面上的交点x轴坐标分别为：
Figure QLYQS_6
分两种情况讨论：
若基板平面与产品顶部的接触点刚好在顶点，θ=0，则
Figure QLYQS_7
，两个传感器分别测得的距离求平均得到球顶高度h：
Figure QLYQS_8
若基板平面与产品顶部的接触点与顶点位置有偏差，则两个传感器分别测得的距离求平均得到球顶高度h：
Figure QLYQS_9
其与真实值R之间的误差E为：
Figure QLYQS_10
得到两个传感器的测距误差只和接触点与x轴的偏差角θ有关，和y轴偏差角φ无关，并且当存在偏差角θ时，实测h会比真实值R偏大；
分析长度测量过程中两位移传感器的差值，两位移传感器测量的距离差Δx和偏差角θ之间的关系为
Figure QLYQS_11
得到两位移传感器测量的距离差大小主要取决于x轴偏角θ，θ决定了距离差的上限，而y轴偏角φ则使距离差在上限范围内做正弦变化；若测量过程中两位移传感器差值为0，并不能确定此时基板位置水平，测量无误差，而可能是y轴偏角φ恰好在0°或180°附近；因此对弹头长度多次测量，取最小值作为最终长度测试结果。
2.一种基于双位移传感器的弹头长度测量方法，其特征在于，被测产品放置于工装中，在被测产品工装的左右对称的位置分别布置一个位移传感器，位移传感器到被测产品的底平面的距离X 0 通过预先标定得出；长度测量时，在被测产品的弧顶尖位置布置一长条形基板，由两个位移传感器分别测量各自到基板的距离，被测产品的总长为：
Figure QLYQS_12
，其中，X 1 为一侧位移传感器到基板的距离，X 2 为另一侧位移传感器到基板的距离；
影响长度测量的因素包括工装的固定长度X 0 的标定、位移传感器的测量精度以及基板的倾斜误差；
基板的倾斜误差分析如下：
设被测产品顶点为球形，或与基板有限的接触部分为球形，以球心位置为坐标原点，球方程为：
Figure QLYQS_13
其中R为球心半径，顶点坐标为（0，0，R）；实际测长时产品和基板接触点有偏移，并不一定在顶点位置，从而带来测量误差；设接触点与X轴角度为θ，其在（y,z）面上的投影与y轴夹角为φ，则接触点坐标为
Figure QLYQS_14
其中，
Figure QLYQS_15
，θ的角度尽可能小，得到接触点定义的基板切平面为：
Figure QLYQS_16
设两个位移传感器安装位置都在z轴上，坐标分别为P1(0,-b)、P2(0,b)，则传感器发出的激光打到基板平面上的交点x轴坐标分别为：
Figure QLYQS_17
分两种情况讨论：
若基板平面与产品顶部的接触点刚好在顶点，θ=0，则
Figure QLYQS_18
，两个传感器分别测得的距离求平均得到球顶高度h：/>
Figure QLYQS_19
若基板平面与产品顶部的接触点与顶点位置有偏差，则两个传感器分别测得的距离求平均得到球顶高度h：
Figure QLYQS_20
其与真实值R之间的误差E为：
Figure QLYQS_21
得到两个传感器的测距误差只和接触点与x轴的偏差角θ有关，和y轴偏差角φ无关，并且当存在偏差角θ时，实测h会比真实值R偏大；
分析长度测量过程中两位移传感器的差值，两位移传感器测量的距离差Δx和偏差角θ之间的关系为
Figure QLYQS_22
得到两位移传感器测量的距离差大小主要取决于x轴偏角θ，θ决定了距离差的上限，而y轴偏角φ则使距离差在上限范围内做正弦变化；若测量过程中两位移传感器差值为0，并不能确定此时基板位置水平，测量无误差，而可能是y轴偏角φ恰好在0°或180°附近；因此对弹头长度多次测量，取最小值作为最终长度测试结果。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，传感器到被测产品的底平面的距离由工装的加工和实际安装确定。
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