CN105423909A - 大型高速回转装备非连续表面轮廓测量及数据处理方法 - Google Patents

Abstract

大型高速回转装备非连续表面轮廓测量及数据处理方法属于机械装配测量技术领域。其测量方法分为未装配和已装配两种情况：未装配的情况下可以直接在精密转台上完成测量，装配后测量面多为静子内表面，需要将传感器安装在转子上进行测量；其数据处理方法是将非连续表面根据缝隙的宽度与电容传感器的直径比分为小缝隙、大缝隙和沟槽三种情况分别处理，针对测量数据异常的情况，提出了基于电容传感器特性的修正方法；针对测量数据缺失的情况，提出了基于三次贝塞尔曲线的插补方法。本发明有效解决了大型高速回转装备转静子非连续表面测量的问题，完善了大型高速回转装备的测量技术，保证了装配过程中的可预知性。

Description

大型高速回转装备非连续表面轮廓测量及数据处理方法

技术领域

本发明属于机械装配测量技术领域，主要涉及一种大型高速回转装备非连续表面轮廓测量及数据处理方法。

背景技术

在大型高速回转装备装配的过程中和装配后，需要对各个部件和整体进行大量的形貌或间隙测量，其中存在不少的非连续表面的情况，而传统的测量方法大多针对的是连续表面的测量或某种特殊情况的测量，对于非连续表面的测量没有通用性。

在传统的测量方法中，数据处理通常是直接采用相邻数据点或平均值替换测量中的异常数据点，甚至是直接舍弃，这样减少了有效数据点数，对整个测量的精度造成了影响，处理方式较为单一，尤其对于非连续情况较多或非连续部分占比例较大的测量截面，很难进行准确的测量。同时对于数据缺失的情况，采用的均值插补或直线插补方法无法保证整体形貌的平滑性和连续性，插补的数据也无法体现出真实的形貌。

发明内容

本发明的目的是针对上述具有技术存在的问题，提出一种大型高速回转装备非连续表面轮廓测量及数据处理方法，达到准确测量大型高速回转装备非连续表面，并实现对采集数据的有效处理的目的，改善发动机的性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种大型高速回转装备非连续表面轮廓测量方法，其特征在于：

按是否已经完成转静子装配将大型高速回转装备非连续表面测量分为两种情况：

（一）、在未完成转静子装配的情况下，非连续表面测量方法按以下步骤进行：

1、判断电容传感器是否需要标定，是则标定，否则不标定；

2、将待测件固定到精密转台上，调整好基准；

3、通过测杆将电容传感器测头直接对着待测面，选取一段连续表面，微调电容传感器位置使其进入量程范围内；

4、手动转动转台，根据精密转台中圆光栅的角度值进行等间隔采样，采样点数应满足每圈1000～2000个点；

（二）、已完成转静子装配的情况下，非连续表面测量方法按以下步骤进行：

1、判断电容传感器是否需要标定，是则标定，否则不标定；

2、将电容传感器测头固定在转子上，且直接对着静子待测面，选取一段连续表面，微调电容传感器位置使其进入量程范围内；

3、利用电机带动转子转动，根据电机编码器的反馈信号进行等间隔采样，采样点数应满足每圈1000～2000个点。

大型高速回转装备非连续表面轮廓数据处理方法，其特征在于：

根据非连续表面缝隙的宽度与电容传感器的直径比，分为三种情况分别处理：

（一）、缝隙宽度小于或等于电容传感器直径1/5的小缝隙，用前一个数据点或后一个数据点或相邻10～20个数据的平均值直接替换；

（二）、缝隙宽度大于电容传感器直径1/5、小于电容传感器直径的大缝隙：

根据电容传感器的特性：若不考虑电容传感器的边缘效应，则电容值C= ε S/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离；正常测量时，ε是一个常量，S是不变的，可以得到电容值C与d成反比例关系，通过检测电容值即可测得距离d= ε S/C；对于非连续表面测量，在缝隙的边缘处，正对面积S是变化的，根据测量的角度值和缝隙的位置来确定缝隙与电容传感器前端的相对位置，从而得到正对面积S的变化量Δ S，则修正系数ρ =S/(S- Δ S)，修正后的距离为ρ d；

（三）、缝隙宽度等于或大于电容传感器直径的沟槽：

在沟槽边缘存在异常数据点，利用上述大缝隙情况中的修正方法修正测量数据；在沟槽中的测量点往往超出了电容传感器的量程导致数据缺失，对于跳动测量可以采用直接删除的方法，对于其他形位公差测量则需要补全数据，利用已知的相关数据，通过以下步骤进行三次贝塞尔曲线数据插补：

1、由缺失数据前5～10个点拟合出直线1：y=k₁x+b₁ ；由缺失数据后5～10个点拟合出直线2：y=k₂x+b₂ ；

2、将缺失数据前1个点的横坐标x₀ 带入直线1的方程中，得到起点P₀(x₀ ,y₀)；将缺失数据后1个点的横坐标x₃ 带入直线2的方程中，得到起点P₃(x₃ ,y₃)；

3、将横坐标x₁=(x₃-x₀)/3+x₀ 带入直线1的方程中，得到控制点P₁(x₁ ,y₁)；将横坐标x₂=2(x₃-x₀)/3+x₀ 带入直线2的方程中，得到控制点P₂(x₂ ,y₂)；

4、由点P₀(x₀ ,y₀)、P₁(x₁ ,y₁)、P₂(x₂ ,y₂)和P₃(x₃ ,y₃)得到三次贝塞尔曲线的参数形式：

B(t)= P₀(1-t)³+3P₁t(1-t)²+3P₂t²(1-t)+P₃t³ , tϵ[0,1]

以此方程进行缺失数据的插补。

与现有技术相比，本发明的特点是：

可以有效完成非连续表面的测量，通过根据电容传感器特性的修正方法和基于三次贝塞尔曲线的插补方法，增加了测量数据的有效点数，最大程度上复原了被测面的整体形貌，提高了测量的精度。

附图说明

图1是小缝隙测量示意图

图2是大缝隙测量示意图

图3是沟槽测量示意图

图4是三次贝塞尔曲线插补缺失数据示意图

图中：1a—小缝隙电容传感器；1b—大缝隙电容传感器；1c—沟槽电容传感器；2a—小缝隙测量面；2b—大缝隙测量面；2c—沟槽测量面；3a—小缝隙测量结果；3b—大缝隙测量结果；3c—沟槽测量结果；4b—大缝隙测量特殊位置；5b—沟槽测量特殊位置；P₀—三次贝塞尔曲线起点；P₁—三次贝塞尔曲线控制点1；P₂—三次贝塞尔曲线控制点2；P₃—三次贝塞尔曲线终点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

一种大型高速回转装备非连续表面轮廓测量方法，

按是否已经完成转静子装配将大型高速回转装备非连续表面测量分为两种情况：

（一）、在未完成转静子装配的情况下，非连续表面测量方法按以下步骤进行：

1、判断电容传感器是否需要标定，是则标定，否则不标定；

2、将待测件固定到精密转台上，调整好基准；

3、通过测杆将电容传感器测头直接对着待测面，选取一段连续表面，微调电容传感器位置使其进入量程范围内；

4、手动转动转台，根据精密转台中圆光栅的角度值进行等间隔采样，采样点数应满足每圈1000～2000个点；

（二）、已完成转静子装配的情况下，非连续表面测量方法按以下步骤进行：

1、判断电容传感器是否需要标定，是则标定，否则不标定；

2、将电容传感器测头固定在转子上，且直接对着静子待测面，选取一段连续表面，微调电容传感器位置使其进入量程范围内；

3、利用电机带动转子转动，根据电机编码器的反馈信号进行等间隔采样，采样点数应满足每圈1000～2000个点。

一种大型高速回转装备非连续表面轮廓数据处理方法，

根据非连续表面缝隙的宽度与电容传感器的直径比，分为三种情况分别处理：

（一）、缝隙宽度小于或等于小缝隙电容传感器1a直径1/5的小缝隙，在小缝隙测量结果3a中呈现为窄脉冲状，数据点小，对于测量结果影响较小，可以看成粗大误差，用前一个数据点或后一个数据点或相邻10～20个数据的平均值直接替换；

（二）、缝隙宽度大于大缝隙电容传感器1b直径1/5、小于大缝隙电容传感器1b直径的大缝隙，在大缝隙测量3b结果中呈现二次曲线状，数据点增多，对于测量结果影响变大；

根据大缝隙电容传感器1b的特性：若不考虑大缝隙电容传感器1b的边缘效应，则电容值C= ε S/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离；正常测量时，ε是一个常量，S是不变的，可以得到电容值C与d成反比例关系，通过检测电容值即可测得距离d= ε S/C；对于非连续表面测量，在大缝隙电容传感器1b测量过程中，由大缝隙测量特殊位置4b可以看出正对面积S是变化的，根据测量的角度值和缝隙的位置来确定缝隙与大缝隙电容传感器1b前端的相对位置，从而得到正对面积S的变化量Δ S，则修正系数ρ =S/(S- Δ S) ，修正后的距离为ρ d；

（三）、缝隙宽度等于或大于沟槽电容传感器1c直径的沟槽，在沟槽测量结果3c中呈现梯形状，数据点较多，对于测量结果影响较大；在沟槽电容传感器1c测量过程中，由沟槽测量特殊位置4c可以看出正对面积S是变化的并且在沟槽中正对面积为零，因此在沟槽测量中既存在异常数据点又存在数据缺失；

在沟槽边缘存在异常数据点，利用上述大缝隙情况中的修正方法修正测量数据；在沟槽中的测量点往往超出了沟槽电容传感器1c的量程导致数据缺失，对于跳动测量可以采用直接删除的方法，对于其他形位公差测量则需要补全数据，利用已知的相关数据，通过以下步骤进行三次贝塞尔曲线数据插补：

1、由缺失数据前5～10个点拟合出直线1：y=k₁x+b₁ ；由缺失数据后5～10个点拟合出直线2：y=k₂x+b₂ ；

2、将缺失数据前1个点的横坐标x₀ 带入直线1的方程中，得到起点P₀(x₀ ,y₀)；将缺失数据后1个点的横坐标x₃ 带入直线2的方程中，得到起点P₃(x₃ ,y₃)；

3、将横坐标x₁=(x₃-x₀)/3+x₀ 带入直线1的方程中，得到控制点P₁(x₁ ,y₁)；将横坐标x₂=2(x₃-x₀)/3+x₀ 带入直线2的方程中，得到控制点P₂(x₂ ,y₂)；

4、由点P₀(x₀ ,y₀)、P₁(x₁ ,y₁)、P₂(x₂ ,y₂)和P₃(x₃ ,y₃)得到三次贝塞尔曲线的参数形式：

B(t)= P₀(1-t)³+3P₁t(1-t)²+3P₂t²(1-t)+P₃t³ , tϵ[0,1]

以此方程进行缺失数据的插补。

Claims (2)

1.一种大型高速回转装备非连续表面轮廓测量方法，其特征在于：

按是否已经完成转静子装配将大型高速回转装备非连续表面测量分为两种情况：

（一）、在未完成转静子装配的情况下，非连续表面测量方法按以下步骤进行：

1、判断电容传感器是否需要标定，是则标定，否则不标定；

2、将待测件固定到精密转台上，调整好基准；

3、通过测杆将电容传感器测头直接对着待测面，选取一段连续表面，微调电容传感器位置使其进入量程范围内；

4、手动转动转台，根据精密转台中圆光栅的角度值进行等间隔采样，采样点数应满足每圈1000～2000个点；

（二）、已完成转静子装配的情况下，非连续表面测量方法按以下步骤进行：

1、判断电容传感器是否需要标定，是则标定，否则不标定；

2、将电容传感器测头固定在转子上，且直接对着静子待测面，选取一段连续表面，微调电容传感器位置使其进入量程范围内；

3、利用电机带动转子转动，根据电机编码器的反馈信号进行等间隔采样，采样点数应满足每圈1000～2000个点。

2.大型高速回转装备非连续表面轮廓数据处理方法，其特征在于：

根据非连续表面缝隙的宽度与电容传感器的直径比，分为三种情况分别处理：

（一）、缝隙宽度小于或等于电容传感器直径1/5的小缝隙，用前一个数据点或后一个数据点或相邻10～20个数据的平均值直接替换；

（二）、缝隙宽度大于电容传感器直径1/5、小于电容传感器直径的大缝隙：

根据电容传感器的特性：若不考虑电容传感器的边缘效应，则电容值C= εS/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离；正常测量时，ε是一个常量，S是不变的，可以得到电容值C与d成反比例关系，通过检测电容值即可测得距离d= εS/C；对于非连续表面测量，在缝隙的边缘处，正对面积S是变化的，根据测量的角度值和缝隙的位置来确定缝隙与电容传感器前端的相对位置，从而得到正对面积S的变化量Δ S，则修正系数ρ =S/(S- ΔS)，修正后的距离为ρ d；

（三）、缝隙宽度等于或大于电容传感器直径的沟槽：

在沟槽边缘存在异常数据点，利用上述大缝隙情况中的修正方法修正测量数据；在沟槽中的测量点往往超出了电容传感器的量程导致数据缺失，对于跳动测量可以采用直接删除的方法，对于其他形位公差测量则需要补全数据，利用已知的相关数据，通过以下步骤进行三次贝塞尔曲线数据插补：

1、由缺失数据前5～10个点拟合出直线1：y=k₁x+b₁ ；由缺失数据后5～10个点拟合出直线2：y=k₂x+b₂ ；

2、将缺失数据前1个点的横坐标x₀ 带入直线1的方程中，得到起点P₀(x₀ ,y₀)；将缺失数据后1个点的横坐标x₃ 带入直线2的方程中，得到起点P₃(x₃ ,y₃)；

3、将横坐标x₁=(x₃-x₀)/3+x₀ 带入直线1的方程中，得到控制点P₁(x₁ ,y₁)；将横坐标x₂=2(x₃-x₀)/3+x₀ 带入直线2的方程中，得到控制点P₂(x₂ ,y₂)；

4、由点P₀(x₀ ,y₀)、P₁(x₁ ,y₁)、P₂(x₂ ,y₂)和P₃(x₃ ,y₃)得到三次贝塞尔曲线的参数形式：

B(t)= P₀(1-t)³+3P₁t(1-t)²+3P₂t²(1-t)+P₃t³ , tϵ[0,1]

以此方程进行缺失数据的插补。