一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法技术

本发明专利技术公开了一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法，本发明专利技术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。

A Laser Measurement Method of Cylindrical Plane Motion Trajectory

The invention discloses a laser measurement method for cylindrical plane motion trajectory. Based on cylindrical geometric characteristics and the relative position relationship between laser displacement sensor and cylindrical body, the method realizes coordinate variable decoupling of cylindrical center displacement in rectangular coordinate system by using plane geometric analysis and introducing triangular function. Compared with the existing technology, the method has wide application range and system. Simple, simple installation and operation, flexible and diverse schemes, low equipment costs and other advantages, with a wide range of application prospects and high promotion value.

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。激光位移传感器是4个时，所述4个激光位移传感器正交安装在以平面底盘中心为中点的四个方位；计算得到其中，x1为x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X向位移变化量，x2为x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。所述激光位移传感器线缆连接数据采集分析设备，所述数据采集分析设备对激光位移传感器电信号进行处理分析。进一步的，所述激光位移传感器反射角度超过最大反射角度时，计算垂直于激光位移传感器测量方向的可测量范围，然后以此数据作为间距布置多个激光位移传感器得到整个区域的激光线测量网络，通过圆心在激光线测量网络内的位置监测进行圆柱体圆心位置测量。所述数据采集分析设备为高速数据采集仪。本专利技术的有益效果如下：本专利技术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，现有技术相比所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。附图说明图1是双激光干涉仪非接触式圆轨迹(圆柱表面)测量原理图；图2是圆柱体平面运动示意图；图3是激光位移传感器位移测量量程示意图；图4是本专利技术的圆心运动轨迹双激光位移数据处理原理图；图5是圆心运动测量范围扩大示意图；图6是本专利技术的圆心运动轨迹三激光位移数据处理原理图；图7是本专利技术的圆心运动轨迹四激光位移数据处理原理图；其中，1-圆柱体理论初始位置；2—圆柱体当前位置；3-圆柱体理论初始位置圆心及直角坐标系的原点；4-圆柱体圆心X向位移分量Δx；5—圆柱体圆心Y向位移分量Δy；6-圆柱体当前位置圆心；7—平面底盘；8-直角坐标系的X轴；9—直角坐标系的Y轴；10-激光位移传感器；11-位移测量中心距离；12-位移测量上限；13-位移测量下限；14-圆柱体理论初始位置Y向激光位移传感器在圆柱体表面的激光点；15-圆柱体当前位置Y向激光位移传感器在圆柱体表面的激光点；16-15相对14的Y向位移变化量y；17-圆柱体理论初始位置X向激光位移传感器在圆柱体表面的激光点；18-圆柱体当前位置X向激光位移传感器在圆柱体表面的激光点；19-18相对17的X向位移变化量x；20-圆柱体半径；21-15和18连线与9的夹角a；22-6和18连线同15和18连线的夹角b；23-15和18的连线与8的夹角c；24-6和15连线同15和18连线的夹角d；25-激光位移传感器的信号线；26-数据采集仪；27-圆柱体理论初始位置附近Y轴激光位移传感器激光线；28-圆柱体理论初始位置附近X轴激光位移传感器激光线；29-圆柱体当前位置附近Y轴激光位移传感器激光线；30-圆柱体当前位置附近X轴激光位移传感器激光线；31-激光位移传感器器激光线测量网络；32-第三个激光位移传感器在圆柱体理论初始位置状态圆柱体表面的激光点；33-第三个激光位移传感器在圆柱体当前位置状态圆柱体表面的激光点；34-33相对32的位移变化量；35-第四个激光位移传感器在圆柱体理论初始位置状态圆柱体表面的激光点；36-第四个激光位移传感器在圆柱体当前位置状态圆柱体表面的激光点；37-36相对35的位移变化量。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术要求保护的范围。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)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的激光测量方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的激光测量方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永亮，胡大峰，李宝海，冯颖川，于瑾，尹春雷，李彬，任东辉，苏里，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11