[發明專利]一種用于R-test儀器的位移傳感器矢量標定方法有效
| 申請號： | 202210183482.3 | 申請日： | 2022-02-28 |
| 公開（公告）號： | CN114234877B | 公開（公告）日： | 2022-06-14 |
| 發明（設計）人： | 蔣云峰;朱紹維;牟文平;姜振喜;陶文堅;宋智勇;李杰;李衛東 | 申請（專利權）人： | 成都飛機工業（集團）有限責任公司 |
| 主分類號： | G01B21/02 | 分類號： | G01B21/02;G01B11/02 |
| 代理公司： | 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228 | 代理人： | 尹新路 |
| 地址： | 610092 四川*** | 國省代碼： | 四川;51 |
| 權利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 用于 test 儀器 位移 傳感器 矢量 標定 方法 | ||
1.一種用于R-test儀器的位移傳感器矢量標定方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟S1：標定準備，在機床上安裝R-test儀器和標定球（1），確定加工坐標系、R-test儀器測量坐標系，在加工坐標系、R-test儀器測量坐標系下，移動標定球（1），同時通過R-test儀器上的位移傳感器（2）對標定球（1）的位移量進行測量，并記錄測量的位移量數值；
步驟S2：構建位移傳感器（2）姿態標定模型，設置位移傳感器（2）的軸線方向矢量，建立位移傳感器（2）與標定球（1）的球心坐標之間的數學模型；
步驟S3：求解位移傳感器（2）矢量方程組，根據矢量方程組的展開形式，基于超靜定最小二乘法完成對位移傳感器（2）軸線方向矢量的求解；
步驟S4：標定驗證，根據步驟S2構建的位移傳感器（2）姿態標定模型，來構建標定球（1）的球心坐標反解模型，來完成標定球（1）的球心坐標的轉換和驗證；
所述步驟S2中構建位移傳感器（2）姿態標定模型的具體步驟為：
步驟S2.1：將位移傳感器（2）的軸線方向矢量在R-test儀器測量坐標系下表示為：
；
其中，Vi為位移傳感器（2）在R-test儀器測量坐標系下的軸線方向矢量，T為向量的轉置，i代表第i個位移傳感器（2），i=1,2,3，ui，vi，wi代表三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量Vi在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標；
步驟S2.2：根據步驟S1.1所述的標定球（1）的球心位于R-test儀器中三個位移傳感器（2）軸線的交點位置，可得標定球（1）的球心位于3個位移傳感器（2）的中心位置，在R-test儀器測量坐標系下，此時位移傳感器（2）頂端的球面球心初始坐標為：
其中，Pi0為位移傳感器（2）頂端的球面球心初始坐標，T為向量的轉置，i代表第i個位移傳感器（2），i=1,2,3，ui，vi，wi代表三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量Vi在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標，R為標定球（1）的半徑，r為位移傳感器（2）探頭球面的半徑；
步驟S2.3：在加工坐標系下，依次移動主軸端標定球（1）至不同的標定點位置,，n為總的移動次數，在每次移動完成后，3個位移傳感器（2）的位移讀數為，得到位移傳感器（2）的探頭球面球心坐標隨標定過程的變化為：
其中，Pij為位移傳感器（2）的探頭球面球心坐標隨標定過程變化的位移，dij表示第i個位移傳感器（2）在第j次移動下的位移量，i=1,2,3，j=1,2,...,n，代表3個位移傳感器（2）的位移讀數，Vi為位移傳感器（2）在R-test儀器測量坐標系下的軸線方向矢量，i代表第i個位移傳感器（2），j代表位移傳感器（2）的移動次數；
步驟S2.4：在執行標定過程中，將位移傳感器（2）與標定球（1）一直保持接觸狀態，得到如下矢量方程組：
其中，Oj為標定點的位置，Pij為位移傳感器（2）的探頭球面球心坐標隨標定過程變化的位移，i=1,2,3，j=1,2,...,n，R為標定球的半徑，r為位移傳感器（2）探頭球面的半徑，i代表第i個位移傳感器（2），j代表位移傳感器（2）的移動次數；
通過標定點的位置，結合所述矢量方程組，可對三個位移傳感器（2）中任意一個位移傳感器（2）進行標定；
所述步驟S3的具體步驟為：
步驟S3.1：將所述矢量方程組展開：
其中，代表3個位移傳感器（2）的位移讀數，xj，yj，zj為標定點位置Oj的空間坐標，R為標定球的半徑，r為位移傳感器（2）探頭球面的半徑，i代表第i個位移傳感器（2），j代表位移傳感器（2）的移動次數，ui，vi，wi代表三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量Vi在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標；
步驟S3.2：將步驟S3.1中所述矢量方程組進一步展開為：
其中，代表3個位移傳感器（2）的位移讀數，xj，yj，zj為標定點位置Oj的空間坐標，R為標定球的半徑，r為位移傳感器（2）探頭球面的半徑，i代表第i個位移傳感器（2），j代表位移傳感器（2）的移動次數，ui，vi，wi代表三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量Vi在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標；
由于每個位移傳感器（2）的軸線方向矢量的單位向量滿足平方和為1的原則，根據單位向量滿足平方和為1的原則的補充方程為：
其中，i代表第i個位移傳感器（2），i=1,2,3，ui，vi，wi代表三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量Vi在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標；
設L=R+r，結合所述步驟S3.2的展開方程和補充方程，將所述矢量方程組改寫成矩陣形式為：
其中：
根據超靜定方程的最小二乘解將向量V表示為：
其中，向量V為位移傳感器（2）軸線方向矢量，即所述位移傳感器（2）的姿態向量，向量V中包含三個位移傳感器（2）軸線方向矢量的所有元素，即向量V可代表向量V1、V2、V3的總和，對三個位移傳感器（2）中的每一個位移傳感器（2）重復進行步驟S3.2即可完成對三個位移傳感器（2）的標定，L為標定球（1）球心與位移傳感器（2）接觸球頭球心之間的距離；
步驟S3.3：在所述步驟S2.3、步驟S2.4中，需要設計不同的標定點位置來進行標定，標定點設置的方式為：將X、Y、Z軸的可移動范圍建立為空間網格，取網格上的邊界點、面對角線中點、體對角線中點作為標定點，可滿足對標定點個數、標定點精度的設計要求；
所述步驟S4的具體步驟為：
步驟S4.1：根據步驟S2所述的構建標定球（1）的球心坐標反解模型，對矢量方程組進行重新推導如下，將矢量方程組變換為如下形式：
其中，i代表第i個位移傳感器（2），ui，vi，wi代表三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量Vi在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標，代表3個位移傳感器（2）的位移讀數，xj，yj，zj為標定點位置Oj的空間坐標，R為標定球的半徑，r為位移傳感器（2）探頭球面的半徑；
由于要設置三個位移傳感器（2）才能確定出標定球（1）的球心坐標，故將步驟S4.1中的矢量方程組改寫為矩陣形式：
其中：
其中，L=R+r，i代表第i個位移傳感器（2），u1，v1，w1代表第一個位移傳感器（2）的軸線方向矢量V1在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標，u2，v2，w2代表第二個位移傳感器（2）的軸線方向矢量V2在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標，u3，v3，w3代表第三個位移傳感器（2）的軸線方向矢量V3在R-test儀器測量坐標系中u、v、w三個方向的空間坐標，代表第一個位移傳感器（2）的位移讀數，代表第二個位移傳感器（2）的位移讀數，代表第三個位移傳感器（2）的位移讀數，xj，yj，zj為標定點位置Oj的空間坐標，R為標定球的半徑，r為位移傳感器（2）探頭球面的半徑將矩陣進行運算可得到標定球（1）的球心坐標：
向量即為標定球（1）的球心坐標(x,y,z)；
步驟S4.2：在步驟S4.1的基礎上，進行R-test儀器標定驗證過程，驗證標定結果的準確性。
該專利技術資料僅供研究查看技術是否侵權等信息，商用須獲得專利權人授權。該專利全部權利屬于成都飛機工業（集團）有限責任公司，未經成都飛機工業（集團）有限責任公司許可，擅自商用是侵權行為。如果您想購買此專利、獲得商業授權和技術合作，請聯系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202210183482.3/1.html，轉載請聲明來源鉆瓜專利網。
