[发明专利]一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法

说明书

本发明公开了一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法，本发明基于圆柱体几何特征及激光位移传感器与圆柱体的相对位置关系，利用平面几何分析，引入三角函数实现了圆柱体圆心位移在直角坐标系内的坐标变量解耦，与现有技术相比，具有方案适用范围广、系统简单、安装操作简单、方案灵活多样、设备成本低等优点，具有广泛的应用前景和较高的推广价值。

技术领域

本发明属于运动轨迹光学测量领域，具体涉及一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法。

背景技术

激光测量具有测量精度高，范围大，检测时间短，非接触测量等优点，在航空航天、军事、医疗、工业、农业等领域应用越来越广泛。激光测量包括激光测距和激光测振两种重要功能，本专利基于的是激光测距技术。原理分为激光三角测量法和激光回波分析法。其中激光三角测量法适用于近距离的高精密测量，而激光回波分析法适用于远距离测量。

运动轨迹测量是激光测量的重要应用，运动轨迹测量可以为研究提供重要信息。运动轨迹数据可以在状态监控、误差补偿、数据融合、参数调整和算法设计等方面提供重要的分析依据和评价标准。因此,运动轨迹的测量在移动机器人、机械加工研究中有着重要的应用价值。

其中基于激光测距在圆轨迹测量引申的典型用法是数控机床综合误差测量与评价的圆检验方法，圆检验测量方法及技术是误差测量与评价的基础，其测量精度限制了数控机床的误差溯源、补偿，从而影响机床精度改善，是现代高端装备制造业的关键问题之一。但其原理是利用在圆表面附加的平面镜实现圆外形的几何解耦，此方法仅能实现对圆心运动轨迹特定方位的测量，且测量系统复杂。

圆柱体在平面内进行任意运动，现有技术对于圆柱体平面内平动采用在圆柱体表明安装附加结构实现圆几何特征解耦，进而实现圆心运动轨迹的测量。但是对于平动伴随有无规律的绕圆心转动的情况此技术方案不可行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法，利用激光测距技术基于几何特征解耦算法，解决了圆柱几何特征和圆柱体自旋转运动对圆心运动轨迹测量的影响问题，实现了圆柱体平面内圆心运动轨迹的连续实时测量。

一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法，包括如下步骤：

(1)根据圆柱体在平面运动的几何特征，选取安装激光位移传感器，安装要求是圆柱体理论初始位置时，圆柱体与激光位移传感器的距离为激光位移传感器位移测量中心距离；

(2)计算得到圆心运动轨迹激光位移数据Δx和Δy，其中Δx为X向位移分量，Δy为Y向位移分量；

(3)画出以Δx和Δy为坐标轴的X-Y图，即圆柱体圆心在平面的运动轨迹。

所述激光位移传感器是2个时，所述2个激光位移传感器正交安装；

计算得到

其中，x为x轴激光位移传感器激光点在圆柱体当前位置相对圆柱体理论初始位置的X向位移变化量；y为y轴激光位移传感器激光点在圆柱体当前位置相对圆柱体理论初始位置的Y向位移变化量；r为圆柱体半径。

所述激光位移传感器是3个时，所述3个激光位移传感器中的其中2个激光位移传感器正交安装，另外1个激光位移传感器安装在以平面底盘中心为中点的前2个激光位移传感器其中1个的对面；

计算得到

其中，x为x轴激光位移传感器激光点在圆柱体当前位置相对圆柱体理论初始位置的X向位移变化量，y1为y轴第1个激光位移传感器激光点在圆柱体当前位置相对圆柱体理论初始位置的Y向位移变化量，y2为y轴第2个激光位移传感器激光点在圆柱体当前位置相对圆柱体理论初始位置的Y向位移变化量，r为圆柱体半径。