一种非接触式物体平面运动测量装置及实现方法

摘要

本发明公开物体平面运动测量装置及实现方法，具体地说是一种利用激光测距传感器来测量物体平面运动的测量装置;该平面运动测量装置利用三个激光测距传感器，通过测量组合算法，实现了物体平面运动的非接触式测量,消除了测量装置自身运动对被测系统运动的干扰；本发明装置结合测量组合算法具有测量精度高，结构简单，安装方便，便于维护的优点。

主权项

一种非接触式物体平面运动测量装置，其特征在于：它包括基座(1)、第1激光测距传感器(2)、第2激光测距传感器(3)和第3激光测距传感器(4)，第1～3激光测距传感器分别垂直布置安装在基座(1)上，在基座(1)X向安装第2激光测距传感器(3)和第3激光测距传感器(4)，在Y向安装第1激光测距传感器(2)；通过第1～3激光测距传感器测量被测物体(5)距离第1～3激光测距传感器的距离值，通过组合测量算法处理，实现了物体平面运动的非接触式测量；组合测量算法如下：第2激光测距传感器(3)和第3激光测距传感器(4)在X向的位置为坐标系X轴上两已知点a₁(x₁,0)，a₂(x₂,0)，第1激光测距传感器(2)在Y向的位置为坐标系Y轴上已知一点b(0,y₁),点u、v、w分别为在某时刻第2激光测距传感器(3)、第3激光测距传感器(4)、第1激光测距传感器(2)的测量点，点o₁为被测物体质心点在平面XOY的投影点，取第2激光测距传感器(3)测量值为l₁，第3激光测距传感器(4)测量值为l₂，第1激光测距传感器(2)测量值为l₃，则u、v、w三点的坐标分别为(x₁,l₁)、(x₂,l₂)、(l₃，y₁)，点O₂和点O₃为被测物体在平面XOY上的投影边线的顶点且点u、v位于直线O₂O₃上,点O₂和点O₄为被测物体在平面XOY上的另一条投影边线的顶点且点w位于直线O₂O₄上；根据u、v、w三点坐标及交点O₂、O₃、O₄的坐标以及O₂O₃⊥O₂O₄的关系可求直线O₂O₃和O₂O₄的方程：$y=\frac{l_2-l_1}{x_2-x_1}x-\frac{l_2-l_1}{x_2-x_1}{x}_1+l_1---\left(1\right)$$y=\frac{x_1-x_2}{l_2-l_1}x-\frac{x_1-x_2}{l_2-l_1}{l}_3+y_1---\left(2\right)$解上方程组得交点O₂的坐标：$x=\frac{x_1{(l_1-l_2)}^2+l_3{(x_1-x_2)}^2+(y_1-l_1)(x_1-x_2)(l_1-l_2)}{{(x_1-x_2)}^2+{(l_1-l_2)}^2}$$y=\frac{(l_3-x_1)(x_1-x_2)(l_1-l_2)+(y_1-l_1){(l_1-l_2)}^2}{{(x_1-x_2)}^2+{(l_1-l_2)}^2}+l_1$由交点O₂的坐标、交点O₁与交点O₂线段间的已知距离、直线O₁O₂与直线O₂O₃间的夹角为可求得被测物体质心在测量平面投影点O₁的坐标为：$x=\frac{x_1{(l_1-l_2)}^2+l_3{(x_1-x_2)}^2+(y_1-l_1)(x_1-x_2)(l_1-l_2)}{{(x_1-x_2)}^2+{(l_1-l_2)}^2}+\left|o_1{o}_2\right|\cos (\theta +\arctan \frac{l_1-l_2}{x_1-x_2})$$y=\frac{(l_3-x_1)(x_1-x_2)(l_1-l_2)+(y_1-l_1){(l_1-l_2)}^2}{{(x_1-x_2)}^2+{(l_1-l_2)}^2}+l_1+\left|o_1{o}_2\right|sin(\theta +arctan\frac{l_1-l_2}{x_1-x_2})$经组合测量算法计算，解算出所设计的第1～3激光测距传感器组成的非接触式组合激光测距传感器相对于安装基座的X向、Y向位移和绕Z轴的转动运动参数，所测的值分别为：$x=\frac{x_1{(l_1-l_2)}^2+l_3{(x_1-x_2)}^2+(y_1-l_1)(x_1-x_2)(l_1-l_2)}{{(x_1-x_2)}^2+{(l_1-l_2)}^2}+\left|o_1{o}_2\right|cos(\theta +arctan\frac{l_1-l_2}{x_1-x_2})$$y=\frac{(l_3-x_1)(x_1-x_2)(l_1-l_2)+(y_1-l_1){(l_1-l_2)}^2}{{(x_1-x_2)}^2+{(l_1-l_2)}^2}+l_1+\left|o_1{o}_2\right|sin(\theta +arctan\frac{l_1-l_2}{x_1-x_2})$$\theta =arctan\frac{l_1-l_2}{x_1-x_2};$式中，x，y为被测物体相对基座(1)的X、Y轴的两个方向平动值，θ为物体绕垂直轴Z转动的角度值。