[发明专利]平面或曲面内无导轨二维运动物体的位移和姿态的非接触测量方法

说明书

技术领域

本发明属于二维运动物体的位移和姿态测量方法领域。

背景技术

针对平面或曲面内无导轨二维运动的特点，一般的线性测量仪器如光栅、码盘等有固定的测量方向和测量范围，不适于平面或曲面内运动方向任意，运动范围大的位置测量。对于一些要求无干扰自由运动物体位姿和姿态的精确的测量，接触式测量方法的仪器会影响运动物体的运动状态，不适于应用于这类运动物体的测量。目前，非接触测量主要有视觉相机测量、室内GPS、惯导、激光跟踪仪等等。视觉相机、室内GPS和激光跟踪仪两种测量手段需要在被测设备安装标志器、接收器或反射器，同时在被测设备外还需要安装专门的测量相机、发射器或激光跟踪仪等测量设备。标志器、接收器或反射器只能安装在被测设备表面，体积较大，不利于设备的小型化和集成化。外部的专门的测量设备也增加了测量系统的复杂程度和成本。同时这几种测量方式，由于动态跟踪速度有限，不适合于高速运动物体位置和姿态的测量。采用惯性导航设备虽然测量范围不受限制，但该设备只能直接测量物体的加速度或角速度，通过积分得出物体的位移和转角，测量精度有限，，若要保证测量精度势必增加成本和体积。这些测量设备安装在运动物体上的部分体积相对较大，不适于应用于小型运动物体测量实验。

发明内容

本发明是为了解决现有非接触式测量方法中被测设备上安装设备多、安装复杂、测量方法复杂和跟踪速度受限的问题，本发明提供了一种平面或曲面内无导轨二维运动物体的位移和姿态的非接触测量方法。

平面或曲面内无导轨二维运动物体的位移和姿态的非接触测量方法，该方法的具体过程为，

步骤一，将两个光电位置敏感器固定在待测运动物体表面，且光电位置敏感器的信号输入端与相对运动平面或曲面相对设置，并与相对运动平面或曲面保留一定距离，保证两个光电位置敏感器与相对运动平面或曲面之间的垂直距离均大于0且小于1cm，光电位置敏感器的信号输出端通过有线或无线传输的方式与计算机的数据信号输入端连接；所述的两个光电位置敏感器分别为1号光电位置敏感器和2号光电位置敏感器，

步骤二，待测运动物体在静止时，在相对运动平面或曲面内建立水平平面直角坐标系，以待测运动物体上1号光电位置敏感器在t₀时刻的初始位置（x₁(t₀)、y₁(t₀)）作为在相对运动平面或曲面内原点，以1号光电位置敏感器指向2号光电位置敏感器的方向作为在相对运动平面或曲面内建立的水平平面直角坐标系的x轴方向，在垂直x轴的方向建立y轴，待测运动物体在静止时，2号光电位置敏感器在t₀时刻的初始位置为（x₂(t₀)、y₂(t₀)），所述的相对运动平面或曲面作为基准面；

步骤三，使待测运动物体进行二维运动，光电位置敏感器用于实时采集相对运动平面或曲面的图像信息，每个光电位置敏感器均通过比较连续两幅或多幅图像信息，得出两个光电位置敏感器的位移的变化量△x₁(k)、△y₁(k)、△x₂(k)和△y₂(k)，并将两个光电位置敏感器位移的变化量发送至计算机，所述的k为正整数，

其中，变化量△x₁(k)表示1号光电位置敏感器的测量基点在基准面内沿x轴方向的位移变化量，

变化量△y₁(k)表示1号光电位置敏感器的测量基点在基准面内沿y轴方向的位移变化量，

△x₂(k)表示2号光电位置敏感器的测量基点在基准面内沿x轴方向的位移变化量，

△y₂(k)表示2号光电位置敏感器的测量基点在基准面内沿y轴方向的位移变化量，

步骤四，计算机通过公式一和公式二对位移的变化量△x₁(k)和△y₁(k)分别进行积分处理，得到1号光电位置敏感器在基准面中的实时位置坐标（x₁、y₁），所述的x₁和y₁为无导轨二维运动物体相对运动平面或曲面的位移量，其中，

x₁=x₁(t₀)+∑△x₁(k)      （公式一）、