CN115824147B - 一种连续直线运动角度偏差测量装置及方法 - Google Patents

一种连续直线运动角度偏差测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种连续直线运动角度偏差测量装置及方法，属于角度偏差测量技术领域，用于测量运动部件的角度偏差值，测量装置包括：信号采集器，和接收信号采集器发送数据的显示器，还包括：平面平晶，具有用于衡量运动部件位移的基准面；三个测距传感器，所在位置构成等腰直角三角形，均用于向信号采集器发送数据，三个测距传感器与基准面相对设置；连接装置，具有三个连接座，每个连接座内放置一个测距传感器；支架，位于运动部件一侧的上方，且一端可拆卸地与运动部件相连，另一端可拆卸地与连接装置相连。本发明的技术方案克服现有技术中测量运动部件连续直线运动的测量装置测量效率及测量精度较低，并且成本较高的问题。

Description

一种连续直线运动角度偏差测量装置及方法
技术领域
本发明涉及角度偏差测量技术领域，具体涉及一种连续直线运动角度偏差测量装置及方法。
背景技术
一个运动部件的直线运动总是与角度偏差、位置偏差、线性偏差有关，其中角度偏差分为倾斜、俯仰和偏摆。测量一个有代表性的点的轨迹的直线运动时，测量结果包含着全部角度偏差的影响，但是当运动部件一点的位置不是有代表性的点的位置且必须对运动部件做分离测量时，这些角度偏差的影响是不同的。在水平面内测量时，现有的大部分检测仪器对直线运动的三个角度偏差的测量，不仅成本高，而且单个仪器只能检测其中两种角度偏差。因此，现需要一种能够提高直线运动的角度偏差测量效率及测量精度，并且成本较低的，可用于连续直线运动的角度偏差测量装置及方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种连续直线运动角度偏差测量装置及方法，以解决现有技术中测量运动部件连续直线运动的测量装置测量效率及测量精度较低，并且成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种连续直线运动角度偏差测量装置，用于测量运动部件的角度偏差值，包括：信号采集器，和接收信号采集器发送数据的显示器，还包括：平面平晶，具有用于衡量运动部件位移的基准面；三个测距传感器，分别为第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器，三个测距传感器所在位置构成等腰直角三角形，均用于向信号采集器发送数据，三个测距传感器与基准面相对设置；连接装置，具有三个连接座，每个连接座内放置一个测距传感器；支架，位于运动部件一侧的上方，且一端可拆卸地与运动部件相连，另一端可拆卸地与连接装置相连。
进一步地，第一测距传感器的中心到第二测距传感器的中心的距离等于第二测距传感器的中心到第三测距传感器的中心的距离。
进一步地，平面平晶也可以由平尺或其它具有反射基准面的材料代替；测距传感器为接触式传感器或光谱共焦传感器或电涡流传感器或其它具有测距功能的传感器。
进一步地，支架具有本体、第一连接端和第二连接端，第一连接端和第二连接端分别与本体转动连接。
一种连续直线运动角度偏差测量方法，测量偏摆角度偏差的方法包括如下步骤：S1，将平面平晶放置在运动部件的一侧并垂直于水平面，将测距传感器调整到与平面平晶的基准面相对的位置放置，规定角度偏摆的正负方向，并选取第一测距传感器和第二测距传感器作为测量工具。
S2，运动部件按照运动方向做连续式运动，根据测距传感器的数据调整平面平晶或测距传感器的位置，使其数据波动在要求范围内，完成对测距传感器的校准。
S3，在运动部件静止时，进行第一次检测，连接两个测距传感器的中心点的连线记作l1，利用卡尺测出l1的长度为L，并将第一次检测点作为基准点。
S4，按照校准时的运动方向做匀速运动，速度大小根据需求选定，测距传感器进行第二次检测时，连接两个测距传感器的中心点连线记作l2，并且l1= l2=L，△h1为第一测距传感器第二次检测点和第一次检测点的数值之差，△h2为第二测距传感器第二次检测点和第一次检测点的数值之差，△h为由于偏摆形成的位置偏差，即△h=△h2-△h1，△h与L成正切关系，得出l2与l1构成的倾角θ计算公式（1）：。
通过计算公式，即可计算出测距传感器的第二次检测点与第一次检测点之间的角度偏差。
S5，随着运动部件的运动，利用公式（1）计算第n次检测点与第一次检测点产生的角度偏差，最终获得角度偏差曲线。
进一步地，当需要测量倾斜角度偏差时，在步骤S1中选取第二测距传感器和第三测距传感器作为测量工具，然后再按照步骤S2-S5完成计算。
进一步地，当需要测量俯仰角度偏差时，步骤S1中将平面平晶的基准面放置在运动部件的上方并平行于水平面，选取第一测距传感器和第二测距传感器作为测量工具，然后再按照步骤S2-S5完成计算。
本发明具有如下有益效果：1．本发明提供的测量装置及方法，可以根据测量不同的角度偏差，选择不同位置的测距传感器作为测量工具，例如当测量偏摆角度偏差或俯仰角度偏差时，选择第一和第二测距传感器，停用第三测距传感器，当测量倾斜角度偏差时，选择第二和第三测距传感器，停用第一测距传感器，这种方式实现了一个测量仪器对三个角度偏差的测量，节约了成本。
2．本发明提供的测量装置及方法，测距传感器可以选用精度较高的光谱共焦传感器，基准面可以选用具有优异的表面特性的平面平晶，使得测量精度较高，而且测量效率也得到了保障，并且用本发明提供的测量装置进行角度偏差测量过程也比较操作简单，便于使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
在附图中，图1示出了本发明的用于测量偏摆和倾斜的测量装置结构示意图。
图2为本发明的测距传感器位置关系示意图。
图3为本发明的运动部件由X向直线运动引起的角度偏差的示意图。
图4为利用本发明的一种连续直线运动角度偏差测量方法测量运动部件偏摆的第一次检测点的位置示意图。
图5为利用本发明的一种连续直线运动角度偏差测量方法测量运动部件偏摆的第二次检测点的位置示意图。
图6为利用本发明的一种连续直线运动角度偏差测量方法测量运动部件偏摆的原理示意图。
图7为本发明的测距传感器第一次检测点和第二次检测点的位置示意图。
图8为本发明的运动部件直线运动的俯仰测量装置结构示意图。
图9为根据本发明的测量方法得出的角度偏差曲线图。
其中，上述附图中的附图标记为：1、平面平晶；21、第一测距传感器；22、第二测距传感器；23、第三测距传感器；3、支架；30、本体；31、第一连接端；32、第二连接端；4、运动部件；5、显示器；6、信号采集器；7、连接装置；71、连接座。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一:如图1和图2所示的一种连续直线运动角度偏差测量装置，用于测量运动部件4的角度偏差值，包括：信号采集器6，和接收信号采集器6发送数据的显示器5，还包括：平面平晶1，具有用于衡量运动部件4位移的基准面；三个测距传感器，分别为第一测距传感器21、第二测距传感器22和第三测距传感器23，三个测距传感器所在位置构成等腰直角三角形，均用于向信号采集器6发送数据，三个测距传感器与基准面相对设置；连接装置7，具有三个连接座71，每个连接座71内放置一个测距传感器；支架3，位于运动部件4一侧的上方，且一端可拆卸地与运动部件4相连，另一端可拆卸地与连接装置7相连。
具体地，第一测距传感器21的中心到第二测距传感器22的中心的距离等于第二测距传感器22的中心到第三测距传感器23的中心的距离。
具体地，平面平晶也可以由平尺或其它具有反射基准面的材料代替；测距传感器为接触式传感器或光谱共焦传感器或电涡流传感器或其它具有测距功能的传感器。本实施例中，选择精度较高的光谱共焦传感器，选择具有优异表面特性的平面平晶作为基准面，当然，如果对测量精度要求不高，也可以选用其它具有反射基准面的材料和测距传感器作为测量工具。
具体地，支架3具有本体30、第一连接端31和第二连接端32，第一连接端31和第二连接端32分别与本体30转动连接。调整第二连接端32，以使测距传感器与平面平晶相对设置，第一连接端31用于与运动部件4连接。
运动部件4只要一运动，就会带来角度偏差。这些偏差可称之为倾斜、俯仰、偏摆。如图3所示，EAX为俯仰，EBX为偏摆，ECX为倾斜。
如图4、图5和图6所示的一种连续直线运动角度偏差测量方法，测量偏摆角度偏差的方法包括如下步骤：S1，将平面平晶1放置在运动部件4的一侧并垂直于水平面，将测距传感器调整到与平面平晶1的基准面相对的位置放置，规定角度偏摆的正负方向，并选取第一测距传感器21和第二测距传感器22作为测量工具。
S2，运动部件4按照运动方向做连续式运动，根据测距传感器的数据调整平面平晶1或测距传感器的位置，使其数据波动在要求范围内，完成对测距传感器的校准。具体校准过程为：运动部件按照图2中X轴所示方向做连续式运动。根据测距传感器的数据调整平面平晶或测距传感器的位置。可用橡胶锤轻轻敲打高精度平面工具的一端或者两端，使平面平晶与传感器距离发生变化；或者可通过连接装置7上的微调手轮调整传感器与平面平晶距离大小。使得数据波动满足实验要求精度范围。例如运动部件行程140mm，角度偏差数据波动2°以内。根据实验内容所需精度要求，行程及波动范围自行确定。
S3，在运动部件静止时，进行第一次检测，连接两个测距传感器的中心点的连线记作l1，利用卡尺测出l1的长度为L，并将第一次检测点作为基准点。
S4，按照校准时的运动方向做匀速运动，速度大小根据需求选定，测距传感器进行第二次检测时，连接两个测距传感器的中心点连线记作l2，并且l1= l2=L，△h1为第一测距传感器第二次检测点（即图7中的B点）和第一次检测点（即图7中的A点）的数值之差，△h2为第二测距传感器第二次检测点和第一次检测点的数值之差，△h为由于偏摆形成的位置偏差，即△h=△h2-△h1，△h与L成正切关系，得出l2与l1构成的倾角θ计算公式（1）：。
通过计算公式，即可计算出测距传感器的第二次检测点与第一次检测点之间的角度偏差。
S5，随着运动部件的运动，利用公式（1）计算第n次检测点与第一次检测点产生的角度偏差，最终获得角度偏差曲线，如图9所示。
具体地，当需要测量倾斜角度偏差时，在步骤S1中选取第二测距传感器22和第三测距传感器23作为测量工具，然后再按照步骤S2-S5完成倾斜角计算。因为第二和第三测距传感器的中心连线与地面垂直，这样便于后续对数据进行处理。当然，在测量偏摆角度偏差时，按照步骤S1所述的方式安装测量装置，然后选择第一和第二测距传感器，不仅便于测量计算，而且由于第一和第二测距传感器的中心连线与地面平行，后续对数据处理也很方便。
具体地，如图8所示，当需要测量俯仰角度偏差时，步骤S1中将平面平晶1的基准面放置在运动部件4的上方并平行于水平面，选取第一测距传感器21和第二测距传感器22作为测量工具，然后再按照步骤S2-S5完成计算。
如图7所示，运动部件4直线运动引起角度偏差，使得测量工具与基准面存在倾角，其大小与图6中的倾角相等。假定测距传感器第一次检测时的位置与基准面垂直，由于X向直线运动引起角度偏差，在这种情况下，测距传感器第二次检测位置发生偏移，测距传感器与基准面存在倾角，计算公式（2）：。
其中，H1为第一次检测时测距传感器到基准面之间的垂直距离，H2为第二次检测时测距传感器到基准面之间的距离，由于倾角非常小，其带来的影响可以忽略不计。
实施例二：本发明提供的连续直线运动角度偏差的测量装置及方法，也可以实现对直线运动线性偏差的直接测量，且测量精度高，操作简单。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续直线运动角度偏差测量装置，用于测量运动部件的角度偏差值，包括：信号采集器，和接收信号采集器发送数据的显示器，其特征在于，还包括：
平面平晶，具有用于衡量运动部件位移的基准面；
三个测距传感器，分别为第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器，三个测距传感器所在位置构成等腰直角三角形，第一测距传感器的中心到第二测距传感器的中心的距离等于第二测距传感器的中心到第三测距传感器的中心的距离，均用于向信号采集器发送数据，三个测距传感器与基准面相对设置，当需要测量俯仰或偏摆角度偏差时，选取第一测距传感器和第二测距传感器作为测量工具，当需要测量倾斜角度偏差时，选取第二测距传感器和第三测距传感器作为测量工具；
连接装置，具有三个连接座，每个连接座内放置一个测距传感器；
支架，位于运动部件一侧的上方，且一端可拆卸地与运动部件相连，另一端可拆卸地与连接装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种连续直线运动角度偏差测量装置，其特征在于，平面平晶也可以由平尺或其它具有反射基准面的材料代替；测距传感器为接触式传感器或光谱共焦传感器或电涡流传感器或其它具有测距功能的传感器。
3.根据权利要求1所述的一种连续直线运动角度偏差测量装置，其特征在于，支架具有本体、第一连接端和第二连接端，第一连接端和第二连接端分别与本体转动连接。
4.一种连续直线运动角度偏差测量方法，利用权利要求1-3中任意一项所述的测量装置，其特征在于，测量偏摆角度偏差的方法包括如下步骤：
S1，将平面平晶放置在运动部件的一侧并垂直于水平面，将测距传感器调整到与平面平晶的基准面相对的位置放置，规定角度偏摆的正负方向，并选取第一测距传感器和第二测距传感器作为测量工具；
S2，运动部件按照运动方向做连续式运动，根据测距传感器的数据调整平面平晶或测距传感器的位置，使其数据波动在要求范围内，完成对测距传感器的校准；
S3，在运动部件静止时，进行第一次检测，连接两个测距传感器的中心点的连线记作l1，利用卡尺测出l1的长度为L，并将第一次检测点作为基准点；
S4，按照校准时的运动方向做匀速运动，速度大小根据需求选定，测距传感器进行第二次检测时，连接两个测距传感器的中心点连线记作l2，并且l1＝l2＝L，△h1为第一测距传感器第二次检测点和第一次检测点的数值之差，△h2为第二测距传感器第二次检测点和第一次检测点的数值之差，△h为由于偏摆形成的位置偏差，即△h＝△h2-△h1，△h与L成正切关系，得出l2与l1构成的倾角θ计算公式：
Figure FDA0004169172330000021
通过计算公式，即可计算出测距传感器的第二次检测点与第一次检测点之间的角度偏差；
S5，随着运动部件的运动，利用公式(1)计算第n次检测点与第一次检测点产生的角度偏差，最终获得角度偏差曲线。
5.根据权利要求4所述的一种连续直线运动角度偏差测量方法，其特征在于，当需要测量倾斜角度偏差时，在步骤S1中选取第二测距传感器和第三测距传感器作为测量工具，然后再按照步骤S2-S5完成计算。
6.根据权利要求4所述的一种连续直线运动角度偏差测量方法，其特征在于，当需要测量俯仰角度偏差时，步骤S1中将平面平晶的基准面放置在运动部件的上方并平行于水平面，选取第一测距传感器和第二测距传感器作为测量工具，然后再按照步骤S2-S5完成计算。
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