[发明专利]基于电涡流效应的球铰链空间三维回转角度测量方法

权利要求书

1.一种基于电涡流效应的球铰链空间三维回转角度测量方法，所述球铰链是由底座(4)和端盖(1)构成内部具有球窝的球座，球头(3)置入在所述球窝中，并在端盖(1)的开口处露出球冠，在球头(3)的球冠顶部连接球铰杆(2)，所述球头(3)与球窝为同心，球头(3)可相对于球窝同心转动；其特征是：在所述球头(3)的表面按设定的规律分布各直径相同、深度不相同的呈圆柱形的盲孔(6)；在所述底座(4)中呈阵列设置电涡流传感器(5)，所述电涡流传感器(5)的轴线，以及盲孔(6)的轴线均为球窝径向；利用所述所有电涡流传感器(5)的输出信号的组合判断所述球头(3)与球窝之间的相对角度位置及相对运动的方向；

针对所述电涡流传感器(5)的输出信号，定义如下不同三种形式：

若，所述电涡流传感器(5)与被测盲孔(6)处在正相对的位置上，则电涡流传感器(5)的输出信号表征其测头与被测盲孔(6)的孔底距离S；

若，所述电涡流传感器(5)与被测盲孔(6)处在完全相错的位置上，则电涡流传感器(5)的输出信号表征其测头与球头(3)的表面的间隙d；

若，所述电涡流传感器(5)与被测盲孔(6)形成部分相错，则电涡流传感器(5)的输出信号与被测孔和电涡流传感器相错程度相关。

2.根据权利要求1所述的基于电涡流效应的球铰链空间三维回转角度测量方法，其特征是：将所述球铰链放置于标定装置中，根据人工神经网络理论进行训练，建立电涡流传感器(5)的输出信号与球头(3)的空间回转角度值的关系，获得测量模型，利用所述测量模型实现球铰链空间三维回转角度的实时测量。

3.根据权利要求2所述的基于电涡流效应的球铰链空间三维回转角度测量方法，其特征是：所述根据人工神经网络理论进行训练是指：针对置于标定装置中的球铰链，按设定方向和步距带动球头(3)在空间内回转，为球头(3)设置空间回转角度标定值，相应记录各电涡流传感器(5)的实测值；将所述标定值与实测值一一对应为数组，利用所述数组进行人神经网络建模。

4.根据权利要求3所述的基于电涡流效应的球铰链空间三维回转角度测量方法，其特征是：调整所述步距，从而得到不同的数组量，并获得不同的测量精度。

5.根据权利要求3所述的基于电涡流效应的球铰链空间三维回转角度测量方法，其特征是：按如下步骤获得标定值与实测值一一对应的数组：

步骤1、定义标定装置中的竖向外框支架(9)针对矩形外框(11)的支撑为X轴向支撑，矩形外框(11)针对倒“U”形内框(12)的支撑为Y轴向支撑，呈直立的套筒(13)的轴向为Z向，将球铰链放置在标定装置中，球铰杆(2)套装在套筒(13)中，使球头(3)的球心与X轴和Y轴的交点相重合，以球头(3)的球心为原点，设置三维直角坐标系O-XYZ；

步骤2、转动矩形外框(11)使处在左侧的竖向外框支架(9)上矩形外框角度检测圆光栅(10)的读数为θ_x1，即球头(3)绕X轴旋转角度为θ_x1；再转动倒“U”形内框(12)，使设置在矩形外框支架上的倒“U”形内框角度检测圆光栅的读数依次为θ_y1，θ_y2...θ_yn，即球铰链的球头绕Y轴方向旋转角度为θ_y1，θ_y2...θ_yn，记录电涡流传感器阵列读数的数组U₁₁，U₁₂...U_1n，以角度值(θ_x1,θ_y1)与电涡流传感器阵列的读数组U₁₁，U₁₂...U_1n组成的数组(U₁₁,θ_x1,θ_y1)，(U₁₂,θ_x1,θ_y2)...(U_1n,θ_x1,θ_yn)表示电涡流传感器输出值与球头空间回转角度的对应关系；

步骤3、转动矩形外框(11)使处在左侧的竖向外框支架(9)上的矩形外框角度检测圆光栅(10)的读数依次为θ_x2...θ_xn；按照与步骤2相同的方式获得数组：

(U₂₁,θ_x2,θ_y1)、(U₂₂,θ_x2,θ_y2)...(U_2n,θ_x2,θ_yn)；

(U₃₁,θ_x3,θ_y1)、(U₃₂,θ_x3,θ_y2)...(U_3n,θ_x3,θ_yn)；

(U_n1,θ_xn,θ_y1)、(U_n2,θ_xn,θ_y2)...(U_nn,θ_xn,θ_yn)；

步骤4、利用步骤2和步骤3所获得的数组进行人工神经网络的训练和建模；

其中，θ_x1-θ_xn为矩形外框的可转动范围，即球铰链的球头绕X轴方向旋转角度的范围；θ_y1-θ_yn为倒“U”形内框的可转动范围，即该球铰链的球头绕Y轴方向旋转角度的范围。