[发明专利]一种电涡流位移传感器阵列的空间几何标定方法

摘要

本发明一种电涡流位移传感器阵列的空间几何标定方法属于检测技术领域，涉及一种利用普通的平面标定板实现对任意电涡流位移传感器阵列的空间几何标定方法。该方法先利用平面标定板沿一条边的转动实现对电涡流位移传感器阵列中任意两探头间的两个方向上的空间几何标定；后利用平面标定板沿另一条边的转动实现对任意两探头在第三个方向上的空间几何标定，最终实现对电涡流位移传感器阵列的空间几何标定，获取阵列中任意探头的空间三维信息。该方法中，利用平面标定板的两轴转动实现对电涡流位移传感器阵列的整体空间几何标定，消除了安装及加工误差，有效提高标定精度，普适性强。

主权项

1.一种电涡流位移传感器阵列的空间几何标定方法，其特征是，该方法采用平面标定板，先利用平面标定板沿一条边的转动实现对电涡流位移传感器阵列中任意两探头之间的两个方向上的空间几何标定；后利用平面标定板沿另一条边的转动实现对任意两探头在第三个方向上的空间几何标定，最终实现对电涡流位移传感器阵列的空间几何标定，获取阵列中任意探头的空间三维信息；该方法的具体步骤如下：第一步、电涡流位移传感器阵列的X轴和Z轴的同时标定将电涡流位移传感器阵列(3)安装固定于一个测量架(2)上，以第一个探头A₀B₀的点A₀为坐标原点建立空间三维坐标系XYZ坐标系，平面标定板(1)为普通的平面结构，利用此平面标定板(1)沿Y轴的转动实现对电涡流位移传感器阵列中任意两探头的X轴和Z轴的两轴标定；标定过程中，要求电涡流位移传感器阵列位置固定不动，平面标定板(1)固定于旋转平台上不动，且初始位置保证平面标定板(1)与安装电涡流位移传感器阵列的测量架(2)平行；启动旋转平台，控制旋转平台每次转动α_j角，转动m次，每次转动α_j角后，读取电涡流位移传感器阵列中探头的位移测量值X_0j、X_ij；则在XOZ投影面中dz1为两投影点B₀₁、B_i1在沿Z轴方向上的相对距离，其中，B₀₁、B_i1分别为B₀、B_i在XOZ投影面的投影点：dz1＝d₀₁cosθ₀‑d_i1cosθ_i                      (1)其中：j为平面标定板的转角次数，设共有n个探头，则取i＝1,2……n；d₀₁为第一个探头A₀B₀伸出测量架的长度在XOZ面中的投影长度，d_i1为第i+1个探头A_iB_i伸出测量架的长度在XOZ面中的投影长度，θ₀为第一个探头A₀B₀偏离Z轴的角度，θ_i为第i+1个探头A_iB_i偏离Z轴的角度；在XOZ投影面中利用三角原理建立方程组求解参数；其具体公式为：其中：dx为探头A₀B₀与探头A_iB_i在XOY面上的水平相对位置，α_j角为每次平面标定板转动的角度，取j＝1,2,……m；此角度与所用的电涡流位移传感器探头的位移测量量程相关，根据量程选取；X_0j为第一个探头A₀B₀在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值，X_ij为第i+1个探头A_iB_i在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值；为第一个探头A₀B₀在XOZ投影面中的投影角，为第i+1个探头A_iB_i在XOZ投影面中的投影角,x_0j为第一个探头A₀B₀在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值在XOZ投影面的投影长度，x_ij为第i+1个探头A_iB_i在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值在XOZ投影面的投影长度；控制旋转平台使平面标定板转动m次，即可得到m个方程组，求取所需参数；利用四边形A₀A_ixB₀₁B_i1中的三角函数关系，对所求参数进行过约束优化，其中，A_ix为A_i在XOZ投影面的投影点，其具体公式为：其中：β₁为以G₁为直角顶点的直角三角形B₀₁B_i1G₁内一夹角，在四边形A₀A_ixB₀₁B_i1中，d_B01Bi1为B₀₁B_i1之间的长度；由此，得到探头A₀B₀和探头A_iB_i中三个点B₀、A_i、B_i在X轴及Z轴的坐标如下：B₀点X轴坐标为d₀₁sinθ₀，Z轴坐标为d₀₁cosθ₀；A_i点X轴坐标为dx，Z轴坐标为0；B_i点X轴坐标为dx+d_i1sinθ_i，Z轴坐标为d_i1cosθ_i；第二步、电涡流位移传感器阵列的Y轴标定第一步完成后，控制旋转平台使平面标定板转回初始位置，即平面标定板(1)平面与测量架(2)平面平行的位置，然后启动旋转平台，控制旋转平台每次转α_j角，转动m次，每次转动α_j角后，读取电涡流位移传感器阵列中探头的位移测量值X_0j、X_ij；在YOZ投影面中，dz为两投影点B₀₂、B_i2在沿Z轴方向上的相对距离，其中，B₀₂、B_i2分别为B₀、B_i在YOZ投影面的投影点，具体公式为：dz＝d₀₂cosγ₀‑d_i2cosγ_i                      (4)其中：j为平面标定板的转角次数，设共有n个探头，则取i＝1,2……n；d₀₂为第一个探头A₀B₀伸出测量架的长度在YOZ面中的投影长度，d_i2为第i+1个探头A_iB_i伸出测量架的长度在YOZ面中的投影长度，γ₀为第一个探头A₀B₀偏离Z轴的角度，γ_i为第i+1个探头A_iB_i偏离Z轴的角度；在YOZ投影面中利用三角原理建立方程组求解参数；具体公式为：其中：在直角三角形PHQ中利用三角函数建立公式(5)，P点为平面标定板在YOZ平面内与Z轴的交点，H点为在Z轴方向上A_iy点在平面标定板上的投影点，Q点为在Z轴方向上A_iy点在平面标定板转过α_j角度之后的投影点，A_iy为A_i在YOZ投影面的投影点，dy为探头A₀B₀与探头A_iB_i在YOZ面上的纵向相对位置，α_j角为每次平面标定板转动的角度，取j＝1,2,……m；此角度与所用的电涡流位移传感器探头的位移测量量程相关，根据量程选取；X_0j为第一个探头A₀B₀在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值，X_ij为第i+1个探头A_iB_i在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值；φ₀为第一个探头A₀B₀在YOZ投影面中的投影角，φ_i为第i+1个探头A_iB_i在YOZ投影面中的投影角,y_0j为第一个探头A₀B₀在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值在XOZ投影面的投影长度，y_0j＝X_0j*cosφ₀，y_ij为第i+1个探头A_iB_i在平面标定板倾角为α_j时的位移测量值在XOZ投影面的投影长度，y_ij＝X_ij*cosφ_i；控制旋转平台使平面标定板转动m次，得到m个方程组求取所需参数；利用四边形A₀A_iyB₀₂B_i2中的三角函数关系，对所求参数进行过约束优化，其中，A_iy为A_i在YOZ投影面的投影点，其具体公式为：其中：β₂为以G₂为直角顶点的直角三角形B₀₂B_i2G₂内一夹角，在四边形A₀A_iyB₀₂B_i2中，d_B02Bi2为B₀₂B_i2之间的长度；由此，获取探头A₀B₀和探头A_iB_i中三个点B₀、A_i、B_i在Y轴的坐标如下：B₀点Y轴坐标为d₀₂sinγ₀；A_i点Y轴坐标为dy；B_i点X轴坐标为dy+d_i2sinγ_i；最终，通过以上两步可以获取电涡流位移传感器阵列中任意两探头A₀B₀和A_iB_i的空间几何信息，其在以A₀为原点的XYZ坐标系中的空间三维坐标分别是：A₀(0,0,0)、B₀(d₀₁sinθ₀,d₀₂sinγ₀,d₀₁cosθ₀)、A_i(dx,dy,0)、B_i(dx+d_i1sinθ_i,dy+d_i2sinγ_i,d_i1cosθ_i)；对电涡流位移传感器阵列中的所有探头进行空间几何标定，确定任意两探头A₀B₀和A_iB_i的实际空间几何关系，得到电涡流位移传感器阵列中所有探头的空间三维坐标。