[发明专利]一种平面形状误差在线测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面形状误差在线测量技术，特别是一种平面形状误差在线测量系统和方法。

背景技术

精密加工能力是最为重要的现代工业能力之一，而高精度测量能力又是精密加工能力不可或缺的重要组成部分，高精度测量能力能够提高加工精度、简化流程控制、提高生产效率。其中，平面形状误差的测量与评定对于生产有平面形状误差要求的工件有着重要的意义，在船舶和机床等大型机械制造等领域，一套简单高效的平面形状误差测量系统和方法可以显著地提高产品性能、生产效率、良品率和可靠性。

平面形状误差测量技术分为在线测量技术和离线测量技术。

现有的离线平面形状误差测量方法，主要有拉钢丝法、平板测微仪法、间隙法、液面法、水平仪法和激光准直扫描法六种。前三种方法仅适用于测量小平面的平面形状且存在精度较低的问题，后三种方法测量周期长、速度慢，因此效率低下，以上几种方法均存在对测量人员依赖程度高、测量速度慢、自动化程度低的问题，无法满足加工现场高速测量的要求，特别是大平面的平面形状误差的高速测量。

现有平面形状误差在线测量方法通常基于误差分离技术，这类方法只能在采样点数较小的情况下对简单的连续平面进行测量。当测量面积较大或采样点分布密集这类采样点较多的平面时，其运算量会增加到不切实际的程度，同时测量方法无法测量不规则平面和非连续平面。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能够有效地提高采样点的分布密度、增加测量系统反映被测面平面形状误差的能力，又能够适用于非连续、不规则、超大型平面形状误差测量的平面形状误差在线测量系统和方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种平面形状误差在线测量系统，包括传感器阵列、数据采集和模数转换模块、数据处理与显示模块，所述的传感器阵列通过导线与数据采集和模数转换模块连接，所述的数据采集和模数转换模块通过无线网络连接数据处理与显示模块；所述的数据处理与显示模块的处理软件使用改进型最小二乘逐次两点法平面形状误差分离算法，并引入数据拼接拟合技术；

所述的传感器阵列由四个电涡流距离传感器、传感器前置器及位置传感器组成，其中四个电涡流距离传感器呈正方形配置，电涡流距离传感器位于正方形的顶点，四个电涡流距离传感器分别连接到各自的传感器前置器，传感器前置器连接到数据采集和模数转换模块的16位A/D采集电路上，向数据采集和模数转换模块发送电压信号；位置传感器直接连接数据采集和模数转换模块的DSP处理器，向数据采集和模数转换模块发送传感器阵列当前位置数据；

所述数据采集和模数转换模块基于DSP处理器的嵌入式系统，具有采集控制、模数转换、粗差剔除及数据上传功能，并通过无线局域网向数据处理与显示模块发送经过初步处理的采样数据；

所述的数据处理与显示模块使用智能手机或平板电脑，数据处理与显示模块接收来自数据采集和模数转换模块的采样数据，并对采样数据进行误差分离和平面度的评定，并在屏幕上显示。

一种平面形状误差在线测量系统的测量方法，包括以下步骤：

A、对被测面进行分割

操作人员在数据处理与显示模块上对被测面进行分割并对子平面编号，相邻的子平面应有公共部分以便于拼接，数据处理与显示模块将自动保存各个非连续子平面的位置信息，以便将从数据采集和模数转换模块接收到的采样数据分别输入不同的非连续子平面并对这些非连续子平面分别进行误差分离；

分割时，每个非连续子平面的大小和形状应遵循如下原则：非连续子平面应为矩形或者能够被矩形网格完全覆盖；分割出的非连续子平面之间应有足够的公共区域用于拼接拟合；采样点数量不应对运算速度产生明显影响；子平面间的公共区域应尽量避开被测面上的镂空部分；非连续子平面的形状应保证满足改进型最小二乘逐次两点法平面形状误差分离算法的要求，即保证每个非连续子平面上的三个基准点都存在于被测面上；根据经验法则，两个子平面间的公共区域的宽度应至少包含三行采样点；

当非连续子平面之间的公共区域中存在镂空部分时，三行采样点难以达到最佳拼接拟合效果，这时应当适当增加公共区域的面积以提高拼接拟合效果，实验显示当公共区域中的采样点达到需要拼接的子平面的采样点数的30%时可以很好的实现子平面拼接拟合；

B、扫描覆盖子平面的被测网格