[发明专利]一种连杆弯曲度和扭曲度的高精度测量方法

权利要求书

1.一种连杆弯曲度和扭曲度的高精度测量方法，其特征在于，所述连杆具有大头端和小头端，所述大头端以及小头端中均开设有圆柱孔，包括如下步骤：

S1、布置测头：取连杆标准件，在连杆标准件的大头端以及小头端布置高精度位移传感器；

步骤S1具体为：

S1.1、在大头端的圆柱孔中布置八个水平设置的高精度位移传感器，使得大头端的圆柱孔中具有八个测点，分别为T1-T8；

T1-T4同处于一个水平面上，T5-T8同处于另一个水平面上，这两个水平面沿大头端圆柱孔的中心上下对称；

S1.2、在小头端的圆柱孔中也布置八个水平设置的高精度位移传感器，使得小头端的圆柱孔中具有八个测点，分别为T9–T16；

T9–T12同处于一个水平面上，T13–T16同处于另一个水平面上，这两个水平面沿小头端圆柱孔的中心上下对称；

步骤S1中大头端的圆柱孔中布置的八个高精度位移传感器都与X轴或Y轴呈45°夹角；而小头端的圆柱孔中布置的八个高精度位移传感器则平行于X轴或Y轴；

S2、获取测头坐标：对连杆标准件进行标定，获得测头的位移零点，进行标定时，测头将会产生一段位移，根据位移量可以得到连杆标准件中大头端圆柱孔的半径以及小头端圆柱孔的半径；

S3、建立坐标系：以连杆标准件中大头端圆柱孔的中心O为坐标原点，连杆标准件的长度方向为X轴，连杆标准件中大头端圆柱孔的轴向为Z轴，垂直于XOZ平面的为Y轴，建立坐标系；

S4、测量目标连杆：使得所有高精度位移传感器的位置保持不变，移除连杆标准件，放上目标连杆，使得目标连杆的大头端以及小头端之内分别具有八个测点，进行测量，同样，测头将会产生一段位移，此时，可计算获得各个测点所处的坐标位置；

S5、计算目标连杆的弯曲度和扭曲度：

S5.1、得到T1-T4的坐标之后，基于最小二乘法可拟合出T1-T4所在圆的圆心O₁的坐标，同理，可得出T5-T8所在圆的圆心O₂的坐标、T9–T12所在圆的圆心O₃的坐标、T13–T16所在圆的圆心O₄的坐标；

S5.2、根据O₁、O₂、O₃、O₄在X方向以及Y方向上的总偏移量求得连杆的弯曲度和扭曲度；

步骤S5具体为：

根据最小二乘法拟合出T1-T4所在圆，得到所在圆的圆心O₁的坐标根据最小二乘法拟合出T5–T8所在圆，得到所在圆的圆心O₂的坐标计算目标连杆的大头端的中心在X ，Y 方向上的偏移量分别为：

将其延伸到连杆厚度的范围，结合目标连杆的厚度C以及O₁、O₂在Z方向上的间距B，可以得到目标连杆大头端中心的总偏移为：

同理，可得出O₃、O₄的坐标，从而得到目标连杆的小头端的中心X ，Y 方向上的偏移量Δx₂、Δy₂；

最后，根据连杆弯曲度和扭曲度的定义可以求得连杆的弯曲度和扭曲度分别为：

式中S为目标连杆大头端与小头端的中心距；

S6、厚度偏差补偿：

S6.1、在目标连杆的大头端之外布置四个竖直设置的高精度位移传感器，并取压板压住目标连杆大头端的顶面，使得压板的底面上具有四个测点，分别为T17-T20；

S6.2、根据T17-T20的位移量以及初始高度得出目标连杆的厚度，从而得到厚度偏差数据，将厚度偏差数据代入步骤S4进行补偿，最终，得到补偿后的弯曲度和扭曲度；

步骤S6.2具体为：设连杆的定位面为ac，其中ab、fd等于大头端圆柱孔的半径r，af、cd为连杆厚度h，设测得的连杆厚度偏差为Δh，则根据三角形相似原理，可以知道Δabc和Δcde相似，可以得到：

de＝(h·Δh-Δh²)/r (8)

同理，由Δcde、ΔckT₅、ΔcgT₁相似，可以得到

其中，T₁c、T₅c为连杆大头端测头离定位面确定的距离，设其长度为T₁c＝h₁，T₅c＝h₂；由式(8)、(9)，代入得到由于连杆厚度误差造成测头T1和T5方向上的测量偏差Δd₁、Δd₅

同理可以计算得到其他各个测头方向上的测量偏差，将测量偏差与采集到的测头数据进行补偿，最终，得到补偿后的弯曲度和扭曲度，可以很好的减小连杆的厚度偏差所带来的预期之外的数据采集偏差。