[发明专利]一种对工件封闭曲线的相位测量的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于电测工程技术领域，尤其涉及一种封闭曲线的相位测量方法。

背景技术

在工业生产及科学研究中，经常需要对封闭曲线进行测量。测量结果不仅要得到外廓尺寸，而且还应得到与外廓尺寸的对应转角值，只有这样测量数据才完整、有意义，才能得到设计数据序列与测量数据序列的相位差，才能通过对具有相同转角值的设计尺寸及测量尺寸对比，进而得到实际加工的误差。因此测量数据序列与设计数据序列的相位差求解是进行加工误差分析的必要前提。只有相位差计算准确才可以得到各曲线点精确的加工误差。另外，很多测量需要分析多个测量值序列的相位差。例如凸轮轴上各凸轮相位差的测量。目前为确定封闭曲线测试点转角值主要采取硬件及软件两种方法。

硬件法是在工件上标记转角起始标记，测量时仪器自动识别此标志，得到各测试点的转角值。硬件标记法要求标记位置精度要高，否则各测试点的转角值精度较低，加工误差分析精度不高。另外，在某些情况下精密标注标记非常困难，甚至有时无法在工件上进行标注。例如在大批量流水线上，对产品加工质量进行检测时，对每个工件精确打标记不仅成本高而且困难。因此硬件标注法局限性较大，要根据具体情况决定是否采用。

软件法通过分析设计数据序列及测量数据序列，从而得出两个数据序列的相位差，进而得到各测量数据的转角值。由于加工及测量都带有误差，因此需要采用特定算法进行相位差的求解。目前采用的方法主要有特征点分析法及误差最小法。

特征分析法利用封闭曲线上已知转角值的特征点，通过对测量值的特征点的查找实现测量数据序列各点转角值的求解。该方法要求针对不同的曲线设计不同的处理方法，通用性不强。对于没有明显特征的封闭曲线，无法使用特征点法。另外如果加工及测量误差造成测量点相位变化，则会造成分析误差加大。

误差最小法将测量数据序列及设计数据序列对应相减，将各点差值的平方求和。然后将测量数据序列循环移位，再求各点差值的平方和。直至各点平方和最小，此时经过移位的测量值序列与设计值序列为同相位。此方法以误差最小为原则，对两个数据序列进行对位。进而可以求出测量数据序列与设计数据系列的相位差。在求各点差值的平方和时，将测量及加工随机误差以平方的形式加入。造成正负误差无法对消，因此测量及加工中的随机误差对对位运算产生影响较大，影响对位精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型、通用的封闭曲线测量装置和方法，以实现封闭曲线相位差的高精度测量。

一种对工件封闭曲线的相位测量的装置，其中：该装置包括一用于装设工件的回转测台，一驱动回转测台的步进电机，一探头靠近被测工件的位移传感器，一位移信号转换装置，一数据处理装置；其中，数据处理装置具有一驱动步进电机的控制输出端；步进电机的输出轴连接回转测台的旋转轴；位移传感器的信号输出端连接位移信号转换装置的信号输入端，位移信号转换装置的信号输出端连接数据处理装置的信号输入端。

所述的对工件封闭曲线的相位测量的装置，其中：所述数据处理装置为计算机，所述位移传感器为电感感测头。

所述的对工件封闭曲线的相位测量的装置，其中：所述数据处理装置为单片机，所述位移传感器为电感感测头。

一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其中：包括如下步骤：

a：系统初始化：计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动；

b：计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测台进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时，计算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算机内存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量，每转过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工件回转一周的测量值序列y_i；

c：计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列x_i；

d：计算机对等角度间隔的测量值序列y_i及设计值序列x_i根据式(1)进行计算：