[发明专利]基于三轴加速度传感器的高架横梁三维微小变形计算方法

摘要

本发明涉及基于三轴加速度传感器的高架横梁三维微小变形计算方法在高架横梁上安装三轴加速度传感测量模块，各模块采集的数据经信号预处理，模数转换后通过无线通信传输到信号处理模块进行分析、重构、耦合计算后，得到横梁在X、Y、Z三个方向的变形量；本发明涉及的信号处理模块采用高性能逻辑可编程芯片FPGA作为核心运算单元，能够并行处理多路数据，利用多核协同计算方式完成多路传感信号的处理及数学计算，满足高速加工过程中实时计算要求；该发明提供了基于三轴加速度传感器的高架横梁三维微小变形计算方法，其计算结果可进一步用于加工补偿预测，从而可达到提高加工中心加工精度的目的。

主权项

基于三轴加速度传感器的高架横梁三维微小变形计算方法，其特征在于：(1)三轴加速度传感测量模块用于测量重力加速度g在横梁X、Y、Z三个方向的分量：X方向的横摆加速度ax、Y方向的侧倾加速度ay、Z方向的俯仰加速度az；(2)上述关于横梁姿态的三个加速度：横摆加速度ax、侧倾加速度ay和俯仰加速度az，利用其中至少两种参数，经计算得到横梁的实时姿态角：横摆角α、侧倾角β、俯仰角γ(cos2α+cos2β+cos2γ＝1)；(3)上述横摆角α、侧倾角β、俯仰角γ以及各三轴加速度传感测量模块之间的距离，利用这些参数值，经数据耦合、曲线拟合计算可得到横梁的三维变形量；(4)由三轴加速度传感测量模块、信号预处理单元、多路AD转换模块、Zigbee无线模块组成下位机终端，其中Zigbee无线模块自带无线单片机，下位机终端完成三个加速度分量的测量与数字化，并将采样数据无线传输给上位机的Zigbee协调器。多个下位机终端的Zigbee无线模块与上位机的Zigbee协调器组成星形网络，信道采用CSMA/CD协议；采样数据一旦变化，下位机就会向上位机报告。上位机信号处理模块的FPGA运算单元对接收的数据进行数据耦合算法处理以及曲线拟合计算，从而得出横梁在X、Y、Z三个方向的变形量。