專利名稱：非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面加工的精密測量，特別是船體基座表面的精密測量。
背景技術(shù)：
在船舶制造過程中，隨著對加工精度和測量精度要求的不斷提高，對平面幾何形狀誤差的測量已經(jīng)成為重要的研究內(nèi)容，測量水平的高低將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能的好壞。船體基座的平面度是影響建造質(zhì)量的重要因素之一，基座由多個分離的大小不等的平面構(gòu)成，平面的幾何尺寸大?；枰ㄟ^專用機床進行精密加工，在對基座進行加工過程中進行平面度的測量可及時獲得有關(guān)加工效果的反饋，以確定加工結(jié)果是否滿足要求， 意義十分重大。平面度測量技術(shù)分為在線測量技術(shù)和離線測量技術(shù)?，F(xiàn)有的離線平面度測量方法和技術(shù)，主要有拉鋼絲法、平板測微儀法、間隙法、液面法、水平儀法、自準(zhǔn)直儀測量法和激光準(zhǔn)直掃描法等六種。前三種方法僅適用于測量小平面的平面度且存在精度較低的問題，后三種方法測量周期長、速度慢且不適用于構(gòu)成在線測量系統(tǒng)。以上幾種方法均存在測量速度慢、自動化程度低的問題，無法滿足加工現(xiàn)場高速測量要求，特別是大平面的平面度高速測量?，F(xiàn)有的在線平面度測量技術(shù)只能對簡單的連續(xù)平面進行測量，其測量方法無法測量不規(guī)則平面、非連續(xù)平面，難以滿足現(xiàn)場加工測量的要求。由于上述現(xiàn)有在線測量技術(shù)中所存在的問題，研究并設(shè)計一種新型的用于測量非連續(xù)平面平面度的在線測量系統(tǒng)和方法，以克服現(xiàn)有平面度測量技術(shù)中所存在的問題是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于基座和其它非連續(xù)大平面的高速、高精度的平面度在線測量系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有平面度測量系統(tǒng)中存在的速度慢、精度低、無法在線測量非連續(xù)平面等問題，實現(xiàn)在機床對船體基座的加工過程中，對基座平面度的高精度在線測量。本發(fā)明所述的用于非連續(xù)平面的在線平面度測量系統(tǒng)和方法，基于改進型最小二乘逐次兩點法平面度誤差分離算法。該方法運用了誤差分離矩陣自適應(yīng)矩陣構(gòu)造技術(shù)，濾除非連續(xù)平面上并不存在于基座上的點對軌道和傳感器誤差的不良影響，再運用最小二乘法求出被測面各點的平面度誤差值，之后根據(jù)平面度誤差的評定準(zhǔn)則和方法進行平面度誤差的評定，獲得整個平面的平面度誤差值。從而實現(xiàn)非連續(xù)平面的平面度的快速測量與評定。本發(fā)明所屬的用于非連續(xù)平面的在線平面度測量系統(tǒng)和方法是由傳感器陣列、 數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊、改進型最小二乘逐次兩點法平面度誤差分離算法所組成。
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所述傳感器陣列是由四個傳感器及對應(yīng)前置器所組成，這四個傳感器呈正方形配置(附

圖1)。這四個電渦流傳感器連接到前置器，前置器連接到數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊上，向其發(fā)送電壓信號(附圖4)。傳感器可選用電渦流傳感器或其它適用于不同表面的距離傳感器。所述數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為基于DSP的嵌入式系統(tǒng)，該模塊具有采集控制、 模數(shù)轉(zhuǎn)換、粗差剔除及數(shù)據(jù)上傳功能，該模塊與數(shù)據(jù)采集處理模塊通過RS-232接口相連， 將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)采集和處理模塊(附圖4)。所述的數(shù)據(jù)處理與顯示模塊是由測控計算機、人機界面組成。測控計算機接收來自數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)，進行誤差分離和平面度的評定，并在屏幕上顯示(附圖 4)。本發(fā)明所述的測量方法步驟如下 第一步掃描被測表面
記傳感器間距為L，這樣以L長度為間隔可將被測平面分成(M-I)行(N-I)列網(wǎng)格，處于網(wǎng)格上的點是被測點。如附圖2所示測量路線圖為蛇形，其中實心小圓圈表示電渦流傳感器，(i, j)表示測量的當(dāng)前行和列，箭頭表示走線方向。傳感器測量值由測量基準(zhǔn)(即導(dǎo)軌運動)誤差和工件形狀誤差等因素構(gòu)成，
若傳感器分別標(biāo)為(k, 1) (k, 1=1，2)。對應(yīng)第i行j列網(wǎng)格上的測量點標(biāo)記為(i, j)； 以傳感器(1，1)的零點作為基準(zhǔn)點，對于四個傳感器布置，傳感器(1，2)、(2，1)、(2，2)的初
始位置偏差分別記為、4: ▲(附圖3)。記傳感器(k, 1) (k, 1=1，2)在當(dāng)前測量位置i 行j列時的采樣值為:Sijkl ,則可知
權(quán)利要求
1.非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)，包括傳感器列陣、數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊及為系統(tǒng)供電的電源模塊；數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊及為系統(tǒng)供電的電源模塊裝設(shè)在一個控制箱的箱體內(nèi)；其特征在于傳感器列陣由四個傳感器和四個前置器組成，四個傳感器分別與對應(yīng)的一個前置器連接；四個前置器分別與數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的對應(yīng)接口連接；前置器將對應(yīng)的傳感器測得的距離數(shù)值轉(zhuǎn)化為-10V-+10V的電信號傳給數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是一個基于DSP的嵌入系統(tǒng)，包括16位A/D轉(zhuǎn)換器和采集電路及DSP處理器，具有數(shù)據(jù)采集控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換和被測平面形狀識別功能；數(shù)據(jù)處理與顯示模塊由一臺平板計算機和人機界面組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器為電渦流傳感器或適用于不同表面的距離傳感器。
3.非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)，其特征在于采用包括如權(quán)利要求1所述的非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)和改進最小二乘逐次兩點法平面度誤差分離算法進行測量，具體包括下述步驟第一步將裝有數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊、四個前置器和為系統(tǒng)供電的電源模塊的控制箱裝設(shè)在機床上，四個傳感器呈正方形布設(shè)，并通過對應(yīng)的傳感器夾具分別固定在機床的工作臺上，且位于被檢測基座平面的上方，啟動電源，設(shè)定平面的大第二步掃描被測平面，移動機床工作臺，將傳感器列陣停在起始位置，按控制箱上的復(fù)位按鈕，令機床工作臺按設(shè)定線路移動，每次傳感器列陣到達(dá)一行的盡頭時，都應(yīng)將機床工作臺移動到下一行的起始位置并停止機床，然后再啟動機床，令傳感器列陣開始掃描該行，并在機床工作臺開始移動的那一刻按下復(fù)位按鈕，依此類推進行掃描被測平面；第三步當(dāng)整個被測平面被掃描完畢后，如權(quán)利要求1所述的非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)能自動對采集的數(shù)據(jù)進行誤差分離和評定；誤差分離和評定采用的是基于改進型最小二乘逐次兩點法作平面度誤差分離，該方法運用了誤差分離矩陣自適應(yīng)矩陣構(gòu)造，濾除非連續(xù)平面上并不存在于被測平面上點對軌道和傳感器誤差的不良影響，用最小二乘法求出被測面各點的平面度誤差值，再根據(jù)平面度誤差的評定準(zhǔn)則和方法進行平面度誤差的評定，得出被測平面各被測點的高度差，獲得整個不連續(xù)平面的平面度誤差，即完成非連續(xù)平面平面度的測量，并能進行數(shù)據(jù)保存和顯示。
全文摘要
非連續(xù)平面平面度在線測量系統(tǒng)，包括傳感器列陣、數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊，傳感器列陣由四個傳感器和四個前置器組成，四個傳感器分別與對應(yīng)的一個前置器連接；四個前置器分別與數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的對應(yīng)接口連接；前置器將對應(yīng)的傳感器測得的距離數(shù)值轉(zhuǎn)化為-10V-+10V的電信號傳給數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是一個基于DSP的嵌入系統(tǒng)，包括16位A/D轉(zhuǎn)換器和采集電路及DSP處理器，具有數(shù)據(jù)采集控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換和被測平面形狀識別功能；數(shù)據(jù)處理與顯示模塊由一臺平板計算機和人機界面組成。本發(fā)明能用于基座和其它非連續(xù)大平面的高速、高精度平面度在線檢測。
文檔編號B23Q17/20GK102554704SQ20111044999
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者孫世彤, 戚雪峰, 李光民, 李欣, 熊木地, 趙鳳國, 郭宇, 陳東岳, 陳向陽, 高興平 申請人:渤海造船廠集團有限公司