专利名称：非连续平面平面度在线测量系统和方法
技术领域：
本发明涉及平面加工的精密测量，特别是船体基座表面的精密测量。
背景技术：
在船舶制造过程中，随着对加工精度和测量精度要求的不断提高，对平面几何形状误差的测量已经成为重要的研究内容，测量水平的高低将直接影响产品的质量和性能的好坏。船体基座的平面度是影响建造质量的重要因素之一，基座由多个分离的大小不等的平面构成，平面的几何尺寸大。基座需要通过专用机床进行精密加工，在对基座进行加工过程中进行平面度的测量可及时获得有关加工效果的反馈，以确定加工结果是否满足要求， 意义十分重大。平面度测量技术分为在线测量技术和离线测量技术。现有的离线平面度测量方法和技术，主要有拉钢丝法、平板测微仪法、间隙法、液面法、水平仪法、自准直仪测量法和激光准直扫描法等六种。前三种方法仅适用于测量小平面的平面度且存在精度较低的问题，后三种方法测量周期长、速度慢且不适用于构成在线测量系统。以上几种方法均存在测量速度慢、自动化程度低的问题，无法满足加工现场高速测量要求，特别是大平面的平面度高速测量。现有的在线平面度测量技术只能对简单的连续平面进行测量，其测量方法无法测量不规则平面、非连续平面，难以满足现场加工测量的要求。由于上述现有在线测量技术中所存在的问题，研究并设计一种新型的用于测量非连续平面平面度的在线测量系统和方法，以克服现有平面度测量技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于基座和其它非连续大平面的高速、高精度的平面度在线测量系统和方法，以解决现有平面度测量系统中存在的速度慢、精度低、无法在线测量非连续平面等问题，实现在机床对船体基座的加工过程中，对基座平面度的高精度在线测量。本发明所述的用于非连续平面的在线平面度测量系统和方法，基于改进型最小二乘逐次两点法平面度误差分离算法。该方法运用了误差分离矩阵自适应矩阵构造技术，滤除非连续平面上并不存在于基座上的点对轨道和传感器误差的不良影响，再运用最小二乘法求出被测面各点的平面度误差值，之后根据平面度误差的评定准则和方法进行平面度误差的评定，获得整个平面的平面度误差值。从而实现非连续平面的平面度的快速测量与评定。本发明所属的用于非连续平面的在线平面度测量系统和方法是由传感器阵列、 数据采集和模数转换模块、数据处理与显示模块、改进型最小二乘逐次两点法平面度误差分离算法所组成。
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所述传感器阵列是由四个传感器及对应前置器所组成，这四个传感器呈正方形配置(附
图1)。这四个电涡流传感器连接到前置器，前置器连接到数据采集和模数转换模块上，向其发送电压信号(附图4)。传感器可选用电涡流传感器或其它适用于不同表面的距离传感器。所述数据采集和模数转换模块为基于DSP的嵌入式系统，该模块具有采集控制、 模数转换、粗差剔除及数据上传功能，该模块与数据采集处理模块通过RS-232接口相连， 将经过处理的数据上传到数据采集和处理模块(附图4)。所述的数据处理与显示模块是由测控计算机、人机界面组成。测控计算机接收来自数据采集和模数转换模块的数据，进行误差分离和平面度的评定，并在屏幕上显示(附图 4)。本发明所述的测量方法步骤如下 第一步扫描被测表面
记传感器间距为L，这样以L长度为间隔可将被测平面分成(M-I)行(N-I)列网格，处于网格上的点是被测点。如附图2所示测量路线图为蛇形，其中实心小圆圈表示电涡流传感器，(i, j)表示测量的当前行和列，箭头表示走线方向。传感器测量值由测量基准(即导轨运动)误差和工件形状误差等因素构成，
若传感器分别标为(k, 1) (k, 1=1，2)。对应第i行j列网格上的测量点标记为(i, j)； 以传感器(1，1)的零点作为基准点，对于四个传感器布置，传感器(1，2)、(2，1)、(2，2)的初
始位置偏差分别记为、4: ▲(附图3)。记传感器(k, 1) (k, 1=1，2)在当前测量位置i 行j列时的采样值为:Sijkl ,则可知
权利要求
1.非连续平面平面度在线测量系统，包括传感器列阵、数据采集和模数转换模块、数据处理与显示模块及为系统供电的电源模块；数据采集和模数转换模块、数据处理与显示模块及为系统供电的电源模块装设在一个控制箱的箱体内；其特征在于传感器列阵由四个传感器和四个前置器组成，四个传感器分别与对应的一个前置器连接；四个前置器分别与数据采集和模数转换模块的对应接口连接；前置器将对应的传感器测得的距离数值转化为-10V-+10V的电信号传给数据采集和模数转换模块；数据采集和模数转换模块是一个基于DSP的嵌入系统，包括16位A/D转换器和采集电路及DSP处理器，具有数据采集控制，模数转换和被测平面形状识别功能；数据处理与显示模块由一台平板计算机和人机界面组成。
2.根据权利要求1所述的非连续平面平面度在线测量系统，其特征在于所述传感器为电涡流传感器或适用于不同表面的距离传感器。
3.非连续平面平面度在线测量系统，其特征在于采用包括如权利要求1所述的非连续平面平面度在线测量系统和改进最小二乘逐次两点法平面度误差分离算法进行测量，具体包括下述步骤第一步将装有数据采集和模数转换模块、数据处理与显示模块、四个前置器和为系统供电的电源模块的控制箱装设在机床上，四个传感器呈正方形布设，并通过对应的传感器夹具分别固定在机床的工作台上，且位于被检测基座平面的上方，启动电源，设定平面的大第二步扫描被测平面，移动机床工作台，将传感器列阵停在起始位置，按控制箱上的复位按钮，令机床工作台按设定线路移动，每次传感器列阵到达一行的尽头时，都应将机床工作台移动到下一行的起始位置并停止机床，然后再启动机床，令传感器列阵开始扫描该行，并在机床工作台开始移动的那一刻按下复位按钮，依此类推进行扫描被测平面；第三步当整个被测平面被扫描完毕后，如权利要求1所述的非连续平面平面度在线测量系统能自动对采集的数据进行误差分离和评定；误差分离和评定采用的是基于改进型最小二乘逐次两点法作平面度误差分离，该方法运用了误差分离矩阵自适应矩阵构造，滤除非连续平面上并不存在于被测平面上点对轨道和传感器误差的不良影响，用最小二乘法求出被测面各点的平面度误差值，再根据平面度误差的评定准则和方法进行平面度误差的评定，得出被测平面各被测点的高度差，获得整个不连续平面的平面度误差，即完成非连续平面平面度的测量，并能进行数据保存和显示。
全文摘要
非连续平面平面度在线测量系统，包括传感器列阵、数据采集和模数转换模块、数据处理与显示模块，传感器列阵由四个传感器和四个前置器组成，四个传感器分别与对应的一个前置器连接；四个前置器分别与数据采集和模数转换模块的对应接口连接；前置器将对应的传感器测得的距离数值转化为-10V-+10V的电信号传给数据采集和模数转换模块；数据采集和模数转换模块是一个基于DSP的嵌入系统，包括16位A/D转换器和采集电路及DSP处理器，具有数据采集控制，模数转换和被测平面形状识别功能；数据处理与显示模块由一台平板计算机和人机界面组成。本发明能用于基座和其它非连续大平面的高速、高精度平面度在线检测。
文档编号B23Q17/20GK102554704SQ20111044999
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者孙世彤, 戚雪峰, 李光民, 李欣, 熊木地, 赵凤国, 郭宇, 陈东岳, 陈向阳, 高兴平 申请人:渤海造船厂集团有限公司