[發(fā)明專利]基于傾角傳感器的直線度測量儀及其直線度測量方法

無效

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• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102607503A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 于殿泓;李琳;張輝;秦宇;張路
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種基于傾角傳感器的直線度測量儀，其特征在于：包括測量平臺(16)和控制裝置兩部分，

所述的測量平臺(16)包括導軌(9)，導軌(9)的上表面兩端各設置有一皮帶輪，兩個皮帶輪之間傳動連接有皮帶(3)，在導軌(9)的同一端設置有卷尺式收線器(22)與步進電機(8)，步進電機(8)與該側皮帶輪傳動連接，導軌(9)上部間隔設置有多個數(shù)量的磁柱(10)；導軌(9)沿縱向的一段開有上下通透的導向槽，導向槽中安裝有測量橋板(11)，測量橋板(11)通過連接螺桿(5)與皮帶(3)連接，測量橋板(11)上安裝的傾角傳感器(14)和磁性開關(15)引出的排線(24)與皮帶(3)固定連接；導軌(9)的另一端下表面連接有燕尾槽，該燕尾槽中安裝有滑動墊塊(13)；導軌(9)的導向靠近槽步進電機(8)一端設置有限位開關A(6)，滑動墊塊(13)朝向步進電機(8)一端側設置有限位開關B(12)，

控制裝置包括下位機(17)，下位機(17)分別與上位機(18)、顯示器(19)和控制面板(20)連接；下位機(17)通過排線(24)分別與傾角傳感器(14)、磁性開關(15)連接；下位機(17)還分別與限位開關A(6)、限位開關B(12)、步進電機(8)、以及卷尺式收線器(22)連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的直線度測量儀，其特征在于：所述的測量橋板(11)與連接螺桿(5)一端鉸接，連接螺桿(5)另一端與皮帶(3)固定連接。

3.根據(jù)權利要求1所述的直線度測量儀，其特征在于：所述的測量橋板(11)與壓線板(23)之間的排線(24)處于松弛狀態(tài)，壓線板(23)與卷尺式收線器(22)之間的排線(24)處于拉直狀態(tài)。

4.根據(jù)權利要求1所述的直線度測量儀，其特征在于：所述的導軌(9)上部每隔10mm設置一盲孔，在每個盲孔中安裝一個磁柱(10)。

5.一種基于權利要求1、2、3或4所述的直線度測量儀的直線度測量方法，其特征在于，按照以下步驟實施：

步驟1、檢測前的準備工作

1.1)上電檢查，觀察直線度測量儀的控制部分初始化是否正常，若狀態(tài)正常，關閉電源，將測量平臺(16)放置于需要測量對象的指定直線上；

1.2)將測量橋板(11)置于導軌(9)的導向槽中，使測量橋板(11)位于導向槽內(nèi)同時注意測量橋板(11)與壓線板(23)之間的排線(24)處于松弛狀態(tài)；

1.3)將測量平臺(16)與控制部分的電源線及信號線連接完畢后，再次上電檢查，若無異常，使測量橋板(11)到達起始測量位置，即測量橋板(11)運動到限位開關A(6)觸發(fā)時的位置，至此，準備工作完成；

步驟2、進行直線度測量：

2.1)數(shù)據(jù)采集：上位機(18)發(fā)送測量命令給下位機(17)，下位機(17)發(fā)出信號啟動步進電機(8)，步進電機(8)驅動皮帶(3)帶動測量橋板(11)水平移動，測量橋板(11)上的傾角傳感器(14)與磁性開關(15)隨皮帶(3)一起移動，磁性開關(15)每經(jīng)過一個磁柱(10)所在位置，便被吸合一次，將相應時刻的傾角傳感器(14)的數(shù)據(jù)進行采集，即可獲得原始的測量數(shù)據(jù)，這一系列數(shù)據(jù)即時通過排線(24)傳輸至下位機(17)，構成測量數(shù)據(jù)集合，將這些數(shù)據(jù)存儲于下位機(17)；待測量范圍內(nèi)指定被測點的原始數(shù)據(jù)采集完畢，步進電機(8)返回到初始測量位置并停止運動，完成一個測量范圍；再將測量平臺(16)移動至下一段位置繼續(xù)測量，直至所規(guī)劃的測量結束；

2.2)數(shù)據(jù)傳輸：下位機(17)將本次測量原始數(shù)據(jù)傳輸給上位機(18)并顯示傳送狀態(tài)直至數(shù)據(jù)傳輸結束；

2.3)數(shù)據(jù)處理：上位機(18)將線位移-角位移原始數(shù)據(jù)組成的坐標換算為直角坐標，采用最小二乘法進行直線擬合，得出被測直線段的擬合直線，給出相關測量結果。

6.根據(jù)權利要求5所述的直線度測量方法，其特征在于，當被測對象的長度比測量儀的測量范圍長時，可預先規(guī)劃好若干個首尾相接的測量位置，一個位置的直線度測量數(shù)據(jù)采集結束后，測量平臺依次移動到新的測量位置，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)采集完成。

7.根據(jù)權利要求5所述的直線度測量方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理的具體過程包括以下步驟：

2.3.1)將線位移-角位移坐標轉換為位置直角坐標；

2.3.1.1)，將被檢測的對象段記為AB，其中的始點坐標為A(x_A，y_A)，終點坐標為B(x_B，y_B)；

2.3.1.2)，對原始數(shù)據(jù)進行轉換，即將測量采集得到的線位移-角位移坐標點集合{(x_n，a_n)}轉換為二維線位移笛卡兒坐標點集合{(x_n，y_n)}；數(shù)據(jù)轉換時，與測量橋板(11)一起移動的磁性開關(15)第一次吸合的位置設定為測量起始點，該點的線位移-角位移坐標為(0，0°)，其轉換坐標為(0，0)，在此前提下，對于相鄰兩點位置坐標，后一點坐標與前一點坐標滿足公式(a)：

xn+1=xn+d=n·dyn+1=yn+d·tanαn---(a)]]>

x_n是測量橋板(11)到達第n個磁性開關處所對應位移量，

a_n是傾角傳感器(14)在第n個采樣點處的原始數(shù)據(jù)采樣值，

d是相鄰采樣間隔之間的測量位移，

根據(jù)公式(a)，就將全部原始數(shù)據(jù)(x_n，a_n)轉換為被測輪廓的位置坐標(x_n，y_n)，數(shù)據(jù)處理過程中，起始點A的原始數(shù)據(jù)值和轉換坐標值均設為(0，0)；

2.3.2)線性擬合

利用最小二乘法對AB段上的位置坐標數(shù)據(jù)進行線性擬合，

首先，在全量程范圍內(nèi)獲取原始數(shù)據(jù)(x_i，a_i)，其中i=1，2，...，N；N為采樣總點數(shù)；

其次，經(jīng)轉換得到位置坐標數(shù)據(jù)序列{(x_i，y_i)}，其數(shù)據(jù)總數(shù)仍為N：

再次，將上述數(shù)據(jù)進行最小二乘直線擬合，得出該段擬合直線方程：

AB段方程為：y＝b₀+b₁x????????????????(b)

其中，b1=N·Σi=1Nxiyi-Σi=1NxiΣi=1NyiN·Σi=1Nxi2-(Σi=1Nxi)2,]]>b0=Σi=1NyiN-b1Σi=1NxiN.]]>