[发明专利]基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法

权利要求书

1.一种基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，所述球铰链的结构形式是：由球铰链底座(3)和端盖(2)构成内部具有球窝的球座，球头(4)置于球铰链底座(3)中，并在端盖(2)的开口处露出球冠，在所述球冠的顶部连接球铰杆(1)，球头(4)与球窝同心，球头(4)能够在球窝内转动；其特征是：按照伪随机序列在所述球头(4)的表面设置伪随机编码图案，所述伪随机编码图案是由球头表面具有相应宽度和深度的沟槽(6)所表征；在所述球铰链底座(3)中呈阵列设置电涡流传感器(5)，电涡流传感器(5)的测头轴线指向球窝中心；针对电涡流传感器(5)的输出信号通过学习和训练建立人工神经网络模型，利用所述人工神经网络模型确定球头(4)与球铰链底座(3)之间的空间相对转动方向和角度，实现球铰链三轴回转角度测量。

2.根据权利要求1所述的基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，其特征是：伪随机编码为一组长度自定义、数值随机分布在固定阈值内的可预知数列，所述按照伪随机序列在所述球头(4)的表面设置伪随机编码图案是指：在球头(4)的表面沿纬向和径向分布沟槽(6)，各沟槽(6)的宽度和深度均按照所述伪随机编码的数列唯一设置，形成具有唯一性的球面三维编码。

3.根据权利要求2所述的基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，其特征是：通过仿真调整所述沟槽的宽度和深度，设置多组不同的伪随机编码图案，建立与之对应的球头(4)空间回转角度仿真值，从而构造不同编码图案与对应球头(4)空间回转角度仿真值的神经网络模型，获得不同的仿真测量精度，从中选择能够获得更高精度的伪随机编码图案。

4.根据权利要求1所述的基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，其特征是：所述电涡流传感器(5)的输出信号仅与被测物距离相关，将电涡流传感器(5)的输出信号与被测沟槽(6)的距离定义如下三种形式：

形式一：电涡流传感器(5)与被测沟槽(6)为正相对，则形式一中电涡流传感器(5)的输出信号为测头顶端到被测沟槽(6)的槽底部的距离D；

形式二：电涡流传感器(5)与被测沟槽(6)部分相错，则依据电涡流传感器的平均效应，形式二中的电涡流传感器(5)的输出信号与被测沟槽(6)和电涡流传感器(5)相错程度相关，电涡流传感器(5)的输出信号为扫描范围的平均距离；

形式三：电涡流传感器(6)与被测沟槽(6)完全相错，则形式三中电涡流传感器(5)的输出信号为测头顶端到球头(4)的表面的间隙距离S。

当球头(4)在球铰链底座(3)中转动，电涡流传感器(5)扫过球头(4)的表面，电涡流传感器(5)的输出信号在所述三种形式中变化，由此获得球头(4)与球铰链底座(3)之间的空间相对转动方向和角度的对应数组。

5.根据权利要求1所述的基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，其特征是：将所述球铰链置于标定装置中，针对标定装置中的球铰链，按设定方向和步距带动球头(4)在空间回转，为球头(4)设置空间回转角度标定值，相应记录各电涡流传感器(5)的实测值；将所述空间回转角度标定值与实测值一一对应为数组，利用所述数组针对球头(4)与球铰链底座(3)之间的空间相对转动方向和角度建立神经网络模型。