专利名称：一种对工件封闭曲线的相位测量的装置和方法
技术领域：
本发明属于电测工程技术领域，尤其涉及一种封闭曲线的相位测量方法。
背景技术：
在工业生产及科学研究中，经常需要对封闭曲线进行测量。测量结果不 仅要得到外廓尺寸，而且还应得到与外廓尺寸的对应转角值，只有这样测量 数据才完整、有意义，才能得到设计数据序列与测量数据序列的相位差，才 能通过对具有相同转角值的设计尺寸及测量尺寸对比，进而得到实际加工的 误差。因此测量数据序列与设计数据序列的相位差求解是进行加工误差分析 的必要前提。只有相位差计算准确才可以得到各曲线点精确的加工误差。另 外，很多测量需要分析多个测量值序列的相位差。例如凸轮轴上各凸轮相位 差的测量。目前为确定封闭曲线测试点转角值主要采取硬件及软件两种方法。
硬件法是在工件上标记转角起始标记，测量时仪器自动识别此标志，得 到各测试点的转角值。硬件标记法要求标记位置精度要高，否则各测试点的 转角值精度较低，加工误差分析精度不高。另外，在某些情况下精密标注标 记非常困难，甚至有时无法在工件上进行标注。例如在大批量流水线上，对 产品加工质量进行检测时，对每个工件精确打标记不仅成本高而且困难。因 此硬件标注法局限性较大，要根据具体情况决定是否采用。
软件法通过分析设计数据序列及测量数据序列，从而得出两个数据序列 的相位差，进而得到各测量数据的转角值。由于加工及测量都带有误差，因 此需要采用特定算法进行相位差的求解。目前采用的方法主要有特征点分析 法及误差最小法。
特征分析法利用封闭曲线上已知转角值的特征点，通过对测量值的特征点的查找实现测量数据序列各点转角值的求解。该方法要求针对不同的曲线 设计不同的处理方法，通用性不强。对于没有明显特征的封闭曲线，无法使 用特征点法。另外如果加工及测量误差造成测量点相位变化，则会造成分析 误差加大。
误差最小法将测量数据序列及设计数据序列对应相减，将各点差值的平 方求和。然后将测量数据序列循环移位，再求各点差值的平方和。直至各点 平方和最小，此时经过移位的测量值序列与设计值序列为同相位。此方法以 误差最小为原则，对两个数据序列进行对位。进而可以求出测量数据序列与 设计数据系列的相位差。在求各点差值的平方和时，将测量及加工随机误差 以平方的形式加入。造成正负误差无法对消，因此测量及加工中的随机误差 对对位运算产生影响较大，影响对位精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型、通用的封闭曲线测量装置和方法，以实 现封闭曲线相位差的高精度测量。
一种对工件封闭曲线的相位测量的装置，其中该装置包括一用于装设 工件的回转测台， 一驱动回转测台的步进电机， 一探头靠近被测工件的位移 传感器， 一位移信号转换装置， 一数据处理装置；其中，数据处理装置具有 一驱动步进电机的控制输出端；步进电机的输出轴连接回转测台的旋转轴； 位移传感器的信号输出端连接位移信号转换装置的信号输入端，位移信号转 换装置的信号输出端连接数据处理装置的信号输入端。
所述的对工件封闭曲线的相位测量的装置，其中所述数据处理装置为 计算机，所述位移传感器为电感感测头。
所述的对工件封闭曲线的相位测量的装置，其中所述数据处理装置为 单片机，所述位移传感器为电感感测头。
一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其中包括如下步骤a:系统初始化计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动； b:计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测 台进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时， 计算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算 机内存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量， 每转过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工
件回转一周的测量值序列yn
C:计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔 进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列xi;
d:计算机对等角度间隔的测量值序列yi及设计值序列Xi根据式(1)进行 计算
R(m) = Zxi><y1+m.................................... (1)
其中n为数据序列的总长度，m为测量数据序列循环移位的点数，取值
为0 n-l， R(m)为m点循环位移后的计算值，计算R(O)、 R(l).....R(n-l);
e:计算机查找上步得出的R(O)、 R(l).....R(n-l)的最大值R(p^R(0)、
R(l).....R(n-1)}，得到代表测量值序列、设计值序列两条曲线之间相位相
隔的等角度间隔个数p，再计算两条曲线的相位差-px测量时的等角度间隔。 一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其中包括如下步骤 a:系统初始化计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动； b:计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测 台进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时， 计算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算 机内存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量， 每转过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工件回转一周的测量值序列yi;
C:计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔 进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列Xi;
d:计算机对设计值序列Xi、测量值序列yi分别进行FFT变换，得到頻域
值X(Q))、 Y(CO)复数序列；
e:计算机计算頻域序列Y(co)的共轭序列^ ;
f:计算机将设计值序列Xi的頻域值X(Q))与测量值序列yi頻域值Y(co)的共 轭序列^进行复数乘积运算，计算其互功率谱Q(co)=X(co) x巧S ;
g:计算机对上步得出的互功率谱Q(co)进行FFT反变换，得到时域R(i) 序列；
h:计算机査找上步得出的时域R(i)序列中的极大值R(k)，得到代表测量 值序列、设计值序列两条曲线之间相位相隔的等角度间隔个数k，再计算两条 曲线的相位差:kx测测量时的等角度间隔。
一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其中包括如下步骤-
a) -系统初始化单片机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动；
b) :寻找粗略对位点p，具有如下步骤
(1)单片机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转 测台进行回转运动；单片机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角位 移ei，单片机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据；单片 机控制回转测台旋转一周，同时电感感测头对工件外形进行测量，回转测台 每转过一个角度增量61，单片机读入一次电感感测头的测量数据，最终得到 工件回转一周的测量值序列yi;
(2) 单片机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间 隔ei进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列xi;
(3) 单片机对上述得到的测量值序列yi及设计值序列Xj根据式(1)进行计算
R(m)^XiXyi+m.................................... (1)
其中n为数据序列的总长度，m为测量数据序列循环移位的点数，取值 为0 n-l， R(m)为m点循环位移后的计算值，计算R(O)、 R(l)、 ...、 R(n-l);
(4)单片机査找上步得出的R(0)、 R(l)、 ...、 R(n-l)的最大值R(p^R(0)、 R(l)、 ...、 R(n-1"，得到代表测量值序列、设计值序列两条曲线之间相位相 隔的等角度间隔的个数p，即为测量曲线与设计曲线的粗略对位点；该步得到
的两条曲线相位差，xei;
c) .-在上步得到的粗略对位点p基础上，寻找更为精确的对位点h:
(1) 、单片机以该粗略对位点p的左边区域起点，即从p点向左偏移ei
角度处为基准，通过步进电机控制回转测台顺向向右转动偏移一个角位移e2， 其中，e2〈ei;以偏移角位移e2后的位置为起点，单片机以等角间距ei的间
隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(il)，将序列y(il)、 Xi按 照步骤b中第(3)步进行处理，得到一个计算值R(h),;
(2) 、再以上次测量的起点为基准，通过步进电机控制回转测台顺向再 向右转动偏移一个角位移02，即以(p-l) Xei+2X02处为起点，单片机以等 角间距ei的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(i2);将序 列y(i2)、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到第二个计算值R(h)2;
(3) 、依次以上次测量的起点为基准，单片机通过步进电机控制回转测 台顺向向右转动偏移一个角位移92为起点，直至覆盖该粗略对位点p的左右 区域，得到序列R(h)!、 R(h)2、…、R(h)s，其中，s为(2Xei/e2)的整数部分， 单片机查找该序列的最大值R(h)， h即为比对位点p精度更高的对位点；该步
得到的两条曲线相位差-(p-i)xei+hxe2;
d) :在上步得到的对位点h的基础上，寻找进一步精确的对位点t:(1) 、单片机以该粗略对位点h的左边区域起点，即从h点向左偏转e2 角度处为基准，通过步进电机控制回转测台顺向向右转动偏移一个角位移e3， 其中，e3〈e2;以偏移角位移e3后的位置为起点，单片机以等角间距ei的间
隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(il，)，将序列y(il')、 Xi 按照步骤b中第(3)步进行处理，得到一个计算值R(t),;
(2) 、再以上次测量的起点(h点向左偏移02度)为基准，单片机通过 步进电机控制回转测台顺向再向右转动偏移一个角位移03为起点，单片机以 等角间距ei的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(i2，)；
将序列y(i2')、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到第二个计算值R(t)2;
(3) 、依次以上次测量的起点为基准，单片机通过步进电机控制回转测 台顺向向右转动偏移一个角位移03为起点，直至覆盖该粗略对位点h的左右
区域，得到序列R(t)!、 R(t)2.....R(t)u，其中，u为(2Xe2/03)的整数部分，
单片机查找该序列的最大值R(t)， t即为比对位点h精度更高的对位点；该步
得到的两条曲线相位差气p-i) x ei+(h-i) x e2+t x e3;
在步骤g)得到的对位点t基础上，以更小的角位移依次计算得到相应R
序列并查找该序列的最大值，逐级找到更精确的对位点，直到得到的对位点
达到要求的精度；再计算代表测量值序列、设计值序列两条曲线的相位差。 所述的对工件封闭曲线的相位测量的方法，其中所述的
01=10x02=100x03。
本发明采用上述技术方案将达到如下的技术效果
本发明的对工件封闭曲线的相位测量的装置采用计算机、单片机等数据 处理装置控制的高精度电感位移测量技术测量封闭曲线的外形数据，将测量 数据与原设计数据进行处理，最后得到测量数据序列与设计数据序列的相位 差。本发明的封闭曲线相位测量方法利用延迟积分分析法提取相位差，在不 进行任何硬件标记的情况下最大限度的排除测量及加工中的系统误差及随机误差，实现测量数据序列与设计数据序列的精确对位及相位差提取。
图1为一种对工件封闭曲线的相位测量的装置的示意图； 图2为一种封闭曲线相位测量方法的流程原理图。
具体实施方式
实施例
一种对工件封闭曲线的相位测量的装置，其示意图如图1所示，其包括 一用于装设工件的回转测台， 一驱动回转测台的步进电机， 一探头靠近被测 工件的电感感测头， 一位移传感器二次仪表， 一用于数据处理的计算机(也 可根据需要采用单片机等数据处理装置)；其中，计算机控制输出端连接步进 电机的输入端，用于向步进电机输送驱动脉冲信号；步进电机的输出轴连接 回转测台的旋转轴；电感感测头的信号输出端连接位移传感器二次仪表的信 号输入端，位移传感器二次仪表的信号输出端连接计算机的信号输入端；位 移传感器二次仪表用于将电感感测头的输出信号转换为计算机(或单片机等) 内部的A/D转换器能够处理的直流模拟信号。
应用上述对工件封闭曲线的相位测量的装置进行相位测量的方法如下 I :
一种对封闭曲线相位测量的方法，包括如下步骤 a:系统初始化计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动； b:计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测 台进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时， 计算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算 机内存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量， 每转过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工 件回转一周的测量值序列yi;C:计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔 进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列Xi;
d:计算机对等角度间隔的测量值序列yi及设计值序列Xi根据式(1)进行 计算
R(m) =x y1+m.................................... (1)
i=0
其中n为数据序列的总长度，m为测量数据序列循环移位的点数，取值 为0 n-l， R(m)为m点循环位移后的计算值，计算R(O)、 R(l).....R(n-l);
e:计算机査找上步得出的R(O)、 R(l)、 ...、 R(n-l)的最大值R(p)^R(0)、
R(l).....R(n-1"，得到代表测量值序列、设计值序列两条曲线之间相位相
隔的等角度间隔个数P，再计算两条曲线的相位差-px测量时的等角度间隔。
上述方法的原理为
如果得到的Xi、 yi序列只是相位不同而数值完全相等，则测量数据序列移 位对准标准序列后R(m)值最大，因此在R(i)序列找出最大值的位置m，即为
两个序列的相位差。
如果加工或测量系统出现系统偏差，测量数据y产Kxi+b，不会影响R(i) 序列出现最大值的位置，不影响对位及相位差的分析结果。
在生产、测量中出现随机误差是不可避免的。在式(l)的计算结果中将出 现误差一次方和项。 一般情况下，随机误差的数值较小、频率较高且有正有 负，因此误差和几乎为零，对序列R(i)中最大值的出现位置影响极小，基本 不影响对位及相位差的分析结果。
因此测量方法可以在不进行任何硬件标记的情况下，最大限度的排除测 量及加工中的系统误差及随机误差的影响，对任意封闭曲线测量数据进行相 位差分析，实现两条数据序列的精确对位及相位差求解。 II:一种对封闭曲线的相位测量的方法，控制图1所示的对工件封闭曲线的 相位测量的装置进行操作并采集测量数据，其包括如下步骤
a:系统初始化计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动；
b:计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测 台进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时， 计算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算 机内存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量， 每转过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工 件回转一周的测量值序列yi;
C:计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔 进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列xi;
d:计算机对设计值序列Xi、测量值序列yi分别进行FFT变换，得到頻域
值X(CO)、 Y(Q))复数序列；
e:计算机计算頻域序列Y((D)的共轭序列^;
f:计算机将设计值序列Xi的頻域值X(O))与测量值序列yi頻域值Y(co)的共 轭序列^进行复数乘积运算，计算其互功率谱Q(a)"X(co)
g:计算机对上步得出的互功率谱Q(co)进行FFT反变换，得到时域R(i) 序列；
h:计算机查找上步得出的时域R(i)序列中的极大值R(k)，得到代表测量 值序列、设计值序列两条曲线之间相位相隔的等角度间隔个数k，再计算两条 曲线的相位差=10<测测量时的等角度间隔。
该方法的流程如图2所示。
为达到较高的对位、相位差分析精度，要求序列设计值序列Xi、测量值序
列yi的等角间距要小，因此分析的数据量很大，直接使用式(l)计算公式计算 量巨大，例如为达到0.01度的分析精度，要求两点的角度差为0.01度，测量序列和设计序列每条数据序列的数据量为36000个数据，使用式(l)计算，将 至少进行36000X36000=1296000000 (近13亿次)次浮点乘法，在要求快速 检测的现场测试不适用，而本方法，先对测量序列和设计序列进行傅立叶变 换后，再对测量序列计算其共轭序列，然后对上面得到的设计序列的频域值 复数序列与该测量序列的共轭序列进行复数乘积运算，求互功率谱，再对得 到的互功率谱进行傅立叶反变换，得到一时域序列，査找该时域序列中最大 值R(k)的参数k，将该k值与测量时采用的等角度间隔值进行相乘运算即可得 到两个序列的相位差；由于本方法是对整个序列进行全局分析，因此可以对 任意大小序列的相位差进行分析，所述的最大值R(k)为全局极值，不会因为 找到局部极值而出现相位差分析错误的情况，同时可以大大加快运算速度； 由于用到大量的复数运算，因此本方案适合在PC机或其它系统机上运行。
一种对封闭曲线的相位测量的方法，控制图1所示的对工件封闭曲线的 相位测量的装置进行操作并采集测量数据，其中，本方法数据处理量较小， 因此，图1装置中的计算机用单片机代替即能满足要求，其包括如下具体步
骤
a) :系统初始化单片机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动；
b) :寻找粗略对位点p，具有如下步骤
(1)单片机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转 测台进行回转运动；单片机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角位 移ei时，单片机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据；单 片机控制回转测台旋转一周，同时电感感测头对工件外形进行测量，回转测
台每转过一个角度增量ei，单片机读入一次电感感测头的测量数据，最终得 到工件回转一周的测量值序列yi;
(2)单片机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔ei进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列xi;
(3) 单片机对上述得到的测量值序列yi及设计值序列Xi根据式(1)进行
计算-
R(m) = ￡xlXyi+m.................................... (O
其中n为数据序列的总长度，m为测量数据序列循环移位的点数，取值 为0 n-l， R(m)为m点循环位移后的计算值，计算R(O)、 R(l)、 ...、 R(n-l);
(4) 单片机查找上步得出的R(O)、 R(l)、…、R(n-l)的最大值R(p)={ R(O)、 R(l)、 ...、 R(n-1)}，得到代表测量值序列、设计值序列两条曲线之间相位相 隔的等角度间隔的个数p，即为测量曲线与设计曲线的粗略对位点；该步得到
的两条曲线相位差，xei;
c):在上步得到的粗略对位点p基础上，寻找更为精确的对位点h:
(1) 、单片机以该粗略对位点p的左边区域起点，即从p点向左ei角度 处为基准，通过步进电机控制回转测台顺向向右转动偏移一个角位移02，其
中，e2〈ei;以偏移角位移e2后的位置为起点，单片机以等角间距ei的间隔
对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(il)，将序列y(il)、 Xi按照 步骤b中第(3)步进行处理，得到一个计算值R(h),;
(2) 、再以上次测量的起点为基准，通过步进电机控制回转测台顺向再
向右转动偏移一个角位移e2，即以(p-i) xei+2xe2处为起点，单片机以等
角间距ei的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(i2);将序 列y(i2)、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到第二个计算值R(h)2;
(3) 、重复第二步的工作，直至覆盖了该粗略对位点p的左右区域，得 到序列R(h^、 R(h)2 、 ...、 R(h)s ，其中，s为(2Xei/e2)的整数部分，单片机 查找该序列的最大值R(h)， h即为比对位点p精度更高的对位点；该步得到的
两条曲线相位差-(P-i)xei+hxe2;d)-在上步得到的对位点h的基础上，寻找进一步精确的对位点t:
(1) 、单片机以该粗略对位点h的左边区域起点，即从h点向左偏转e2 角度处为基准，通过步进电机控制回转测台顺向向右转动偏移一个角位移63，
其中，e3〈e2;以偏移角位移e3后的位置为起点，单片机以等角间距ei的间
隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(il,)，将序列y(il，)、 Xi 按照步骤b中第(3)步进行处理，得到一个计算值R(t)n
(2) 、再以上次测量的起点(h点向左偏移02度)为基准，单片机通过 步进电机控制回转测台顺向再向右转动偏移一个角位移e3为起点，单片机以 等角间距ei的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(i2'); 将序列y(i2，)、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到第二个计算值R(t)2;
(3) 、重复第二步的工作，直至覆盖了该粗略对位点h的左右区域，得 到序列R(t),、 R(t)2、 ...、 R(t)u ，其中，u为(2X02/e3)的整数部分，单片机査 找该序列的最大值R(t)， t即为比对位点h精度更高的对位点；该步得到的两
条曲线相位差Kp-1)xe1+(h-1)xe2+txe3;
在步骤g)得到的对位点t基础上，以更小的角位移依次计算得到相应R
序列并查找该序列的最大值，逐级找到更精确的对位点，直到得到的对位点
达到要求的精度；再计算代表测量值序列、设计值序列两条曲线的相位差。
本方法首先对测量曲线、设计曲线进行大角间距取值分析，进行粗定位， 然后在粗略对位点左右区域中，仍采用相同的大角间距等距取值，但每次分 析时，序列都以一个较小的等角位移偏移后的位置为起始点，最后覆盖粗略 对位点的左右区域，得到较精确的对位点；在得到的较精确对位点的基础上 逐级减小下一级分析采用的等角位移值，循环往复直至达到要求的精度。此 法由于采用大角间距取值分析，因此运算次数大为减少，可以大大提高运算 速度，而且处理数据只使用了加、乘运算，可以在基于单片机的检测系统中 使用。
权利要求
1、一种对工件封闭曲线的相位测量的装置，其特征在于该装置包括一用于装设工件的回转测台，一驱动回转测台的步进电机，一探头靠近被测工件的位移传感器，一位移信号转换装置，一数据处理装置；其中，数据处理装置具有一驱动步进电机的控制输出端；步进电机的输出轴连接回转测台的旋转轴；位移传感器的信号输出端连接位移信号转换装置的信号输入端，位移信号转换装置的信号输出端连接数据处理装置的信号输入端。
2、 如权利要求l所述的对工件封闭曲线的相位测量的装置，其特征在于 所述数据处理装置为计算机，所述位移传感器为电感感测头。
3、 如权利要求l所述的对工件封闭曲线的相位测量的装置，其特征在于 所述数据处理装置为单片机，所述位移传感器为电感感测头。
4、 一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其特征在于包括如下步骤 a:系统初始化计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动； b:计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测台 进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时，计 算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算机内 存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量，每转 过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工件回转 一周的测量值序列yi;c:计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔进 行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列xi;d:计算机对等角度间隔的测量值序列yi及设计值序列Xj根据式(1)进行计算n-lR(m) = S Xi x yi+m.................................... (1)其中n为数据序列的总长度，m为测量数据序列循环移位的点数，取值为 O-n-l， R(m)为m点循环位移后的计算值，计算R(O)、 R(l)、…、R(n-l);e:计算机查找上步得出的R(O)、 R(l).....R(n-l)的最大值R(p)-( R(O)、R(l).....R(n-1)}，得到代表测量值序列、设计值序列两条曲线之间相位相隔的等角度间隔个数p，再计算两条曲线的相位差，x测量时的等角度间隔。
5、 一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其特征在于包括如下步骤a:系统初始化计算机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动；b:计算机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测台 进行回转运动；计算机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角度时，计 算机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据，存储于计算机内 存中；计算机控制回转测台旋转一周，对工件外形进行等角间隔的测量，每转 过一个角度增量，计算机读入一次电感感测头的感测数据，最终得到工件回转 一周的测量值序列yi;c:计算机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔进 行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列xi;d:计算机对设计值序列Xi、测量值序列yi分别进行FFT变换，得到頻域值X(O))、 Y(O))复数序列；e:计算机计算頻域序列Y((0)的共轭序列^;f:计算机将设计值序列Xi的頻域值X(co)与测量值序列yi頻域值Y(co)的共轭 序列Y^进行复数乘积运算，计算其互功率谱Q(co)-X(co) x巧S ;g:计算机对上步得出的互功率谱Q(co)进行FFT反变换，得到时域R(i)序列； h:计算机查找上步得出的时域R(i)序列中的极大值R(k)，得到代表测量值 序列、设计值序列两条曲线之间相位相隔的等角度间隔个数k，再计算两条曲线 的相位差-kx测测量时的等角度间隔。
6、 一种对工件封闭曲线的相位测量的方法，其特征在于包括如下步骤-a) :系统初始化单片机初始化，驱动电感感测头、步进电机启动；b) :寻找粗略对位点p，具有如下步骤(1)单片机的控制输出端对步进电机输出脉冲信号，步进电机带动回转测台进行回转运动；单片机通过步进电机控制回转测台每转过一设定的角位移ei，单片机通过位移信号转换装置读取一次电感感测头的感测数据；单片机控制回 转测台旋转一周，同时电感感测头对工件外形进行测量，回转测台每转过一个 角度增量ei，单片机读入一次电感感测头的测量数据，最终得到工件回转一周 的测量值序列yi;(2) 单片机将设计曲线从0度转角开始按照与测量值序列相同的角度间隔 ei进行离散，得到与测量角度间隔相等的设计值序列XK(3) 单片机对上述得到的测量值序列》及设计值序列Xi根据式(1)进行计算<formula>formula see original document page 4</formula>.................................... (1)其中n为数据序列的总长度，m为测量数据序列循环移位的点数，取值为 0~n-l, R(m)为m点循环位移后的计算值，计算R(O)、 R(l)、 ...、 R(n-l);(4) 单片机查找上步得出的R(O)、 R(l)、 ...、 R(n-l)的最大值R(p)={R(0)、R(l).....R(n-l)),得到代表测量值序列、设计值序列两条曲线之间相位相隔的等角度间隔的个数p，即为测量曲线与设计曲线的粗略对位点；该步得到的两 条曲线相位差，XW;C):在上步得到的粗略对位点p基础上，寻找更为精确的对位点h:(i)、单片机以该粗略对位点p的左边区域起点，即从p点向左偏移ei角 度处为基准，通过步进电机控制回转测台顺向向右转动偏移一个角位移e2，其 中，e2〈ei;以偏移角位移e2后的位置为起点，单片机以等角间距ei的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(il)，将序列y(il)、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到一个计算值R(h)n(2) 、再以上次测量的起点为基准，通过步进电机控制回转测台顺向再向 右转动偏移一个角位移e2，即以(p-l) Xei+2X92处为起点，单片机以等角间 距61的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(i2);将序列y(i2)、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到第二个计算值R(h)2;(3) 、依次以上次测量的起点为基准，单片机通过步进电机控制回转测台 顺向向右转动偏移一个角位移e2为起点，直至覆盖该粗略对位点p的左右区域， 得到序列R(h)、R(h)2、 ...、 R(h)s，其中，s为(2Xei/02)的整数部分(用什么符 号可以表示其整数部分？)，单片机査找该序列的最大值R(h)， h即为比对位点P精度更高的对位点；该步得到的两条曲线相位差—p-i)xei+hxe2;d):在上步得到的对位点h的基础上，寻找进一步精确的对位点t:(1) 、单片机以该粗略对位点h的左边区域起点，即从h点向左偏转92角度处为基准，通过步进电机控制回转测台顺向向右转动偏移一个角位移e3，其 中，e3〈e2;以偏移角位移e3后的位置为起点，单片机以等角间距ei的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(il')，将序列y(il')、 Xi按照步骤 b中第(3)步进行处理，得到一个计算值R(t)"(2) 、再以上次测量的起点(h点向左偏移92度)为基准，单片机通过步 进电机控制回转测台顺向再向右转动偏移一个角位移e3为起点，单片机以等角 间距61的间隔对电感感测头感测到的测量曲线取值，得到序列y(i2');将序列 y(i2，)、 Xi按照步骤b中第(3)步进行处理，得到第二个计算值R(t)2;(3) 、依次以上次测量的起点为基准，单片机通过步进电机控制回转测台 顺向向右转动偏移一个角位移e3为起点，直至覆盖该粗略对位点h的左右区域，得到序列R(t)i、 R(t)2.....R(t)u，其中，u为(2X02/93)的整数部分，单片机查找该序列的最大值R(t)， t即为比对位点h精度更高的对位点；该步得到的两条曲线相位差Kp-i)xei+(h-i)xe2十txe3;在步骤g)得到的对位点t基础上，以更小的角位移依次计算得到相应R序 列并査找该序列的最大值，逐级找到更精确的对位点，直到得到的对位点达到 要求的精度；再计算代表测量值序列、设计值序列两条曲线的相位差(是否有 公式可表示该相位差？)。
7、如权利要求6所述的对工件封闭曲线的相位测量的方法，其特征在于 所述的01=10x02=100x03。
全文摘要
一种对工件封闭曲线的相位测量的装置和方法，所述装置包括一用于装设工件的回转测台，一驱动回转测台的步进电机，一探头靠近被测工件的位移传感器，一位移信号转换装置，一数据处理装置；其中，数据处理装置驱动步进电机从而带动回转测台旋转；位移传感器测量的工件外形数据经位移信号转换装置转换后输入数据处理装置中进行处理得到测量序列，再将原设计数据与测量序列同角间隔离散得到设计序列，数据处理装置再对两序列进行处理得到两者之间的相位差。本发明的封闭曲线相位测量方法利用延迟积分分析法提取相位差，在不进行任何硬件标记的情况下最大限度的排除测量及加工中的系统误差及随机误差，实现测量数据序列与设计数据序列的精确对位及相位差提取。
文档编号G01B7/28GK101435692SQ20071018995
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月13日 优先权日2007年11月13日
发明者喆 丁, 张晓红, 雷 杨, 澜 袁, 丰 韩 申请人:河南科技大学