[发明专利]一种电涡流传感器球面位移测量的标定方法

摘要

本发明一种电涡流传感器球面位移测量的标定方法属于精密测量领域，涉及利用电涡流传感器测量球面零件到传感器探头端面距离的标定方法。该方法针对多组不同曲率球面的位移进行测量标定，基于标定数据建立电涡流传感器球面位移测量的校准曲面。首先将电涡流位移传感器夹持固定在机床主轴上，将用于校准的半球形标定件装夹在机床工作台上，对多组不同曲率的半球形标定件进行传感器探头的对中处理，机床主轴带动电涡流位移传感器探头移动，完成在其量程范围内的位移标定，采用最小二乘法建立电涡流传感器球面位移测量的校准曲面。本发明实现了对任意曲率球面位移测量的输出标定，提高曲面位移测量精度，准确性高，实用性强。

主权项

一种电涡流传感器球面位移测量的标定方法，其特征在于，该方法针对多组不同曲率球面的位移进行测量标定，基于标定数据建立电涡流传感器球面位移测量的校准曲面；首先将电涡流位移传感器夹持固定在机床主轴上，将用于校准的半球形标定件装夹在机床带T形槽的回转工作台上，然后对多组不同曲率的半球形标定件进行传感器探头的对中处理，保证传感器的测量初始位置处于被测曲面上目标测点的正上方，并且传感器的轴线沿实验被测表面的法线方向，机床主轴带动电涡流位移传感器探头移动，完成在其量程范围内的位移标定，采用最小二乘法建立电涡流传感器球面位移测量的校准曲面，电涡流传感器球面位移测量标定方法具体步骤如下：第一步电涡流传感器安装将电涡流传感器探头(6)通过其自身的螺纹和2个传感器探头连接螺母(12)固定在平板(4)中间，平板(4)通过4个螺栓(3)和螺母(5)与转接装置(2)连接，最后，将转接装置(2)通过胀套直接夹持在机床主轴1上，完成传感器的安装；第二步半球形标定件的装夹将半球形标定件(7)放置在带T形槽的回转工作台(11)上并通过两个专用夹具(10)夹紧，通过螺栓的压板(9)压紧夹具(10)，完成标定件的装夹；第三步传感器的对中处理首先移动机床主轴沿X轴负向、Y轴负向，Z轴正向离开半球形标定件(7)，然后，使传感器探头(6)以一定进给速度v1垂直接近带T形槽的回转工作台(11)表面，探头端面与带T形槽的回转工作台(11)表面接触时，停止机床主轴(1)的进给，记录下机床此时主轴z轴的坐标值z0，然后，将机床主轴(1)沿z轴正向抬高至z1＝z0+H+0.02，其中，H为被测半球形标定件(7)的高度，保证传感器对中时测量到的位移在其测量范围内；粗对中过程中手动控制机床主轴(1)带动传感器探头(6)通过目测接近半球形标定件(7)球面的中心点，停止时，记录此时传感器对中的起始坐标位置为(x0,y0,z1)，锁住机床主轴在Z轴与Y轴方向不动，机床主轴(1)沿X轴正向以一定速度v2移动距离l1，同时以采样频率f采集此期间内传感器反馈电压值，待机床主轴停止后，寻找反馈值最小值的时间坐标tx，计算半球形标定件的X轴方向的中点X1为x0+tx×v2；同理，寻找半球形标定件的Y轴方向的中点时，反馈电压值最小值的时间坐标ty，半球形标定件的Y轴方向的中点y1为y0+ty×v2；第四步不同曲率半球形标定件位移标定测量将机床主轴移动到坐标系下(x1,y1,z1)点处，初始的测量位移为0.02mm；使传感器探头(6)在量程范围内沿Z轴以特定步进量程不断提升，探头与试件表面的间隙不断增大，在每一个步进完成后，记录一定曲率半径r下n组不同测量距离ti传感器的输出信号值yi；半球形标定件的曲率半径ri范围为电涡流传感器可测的最小球面半径到受曲率半径影响的最大球面半径，并以等半径差的方式选择多组校准的半球形标定件进行测量，测量过程重复上述实验步骤第二、三、四步；第五步建立曲率误差校准曲面基于标定过程中获得的不同曲率半径的球面标定件的“位移‑曲率‑输出”数据点(ti,ri,yi)，i＝1,2,...,N，共N组，建立电涡流传感器测量不同曲率半径的半球形标定件位移的校准曲面，曲面方程为：y=Σj=0n(Σi=jmcj,i-jti-jrj)---(1)]]>其中，t为测量位移，r为球面半径，y为输出电压，c表示曲面方程的多项式系数，m为t的最高阶数，n为r的最高阶数；采用最小二乘法建立校准曲面y，拟合曲面结果的总误差Q为：Q=Σk=1N[yk-Σj=0n(Σi=jmcj,i-jti-jrj)]2---(2)]]>令总误差Q最小，归结为多元函数的极值问题，即cj,i‑j应满足：∂Q∂cj,i-j=0---(3)]]>首先将数据点(ti,ri,yi)，i＝1,2,...,N，代入公式(2)得Q的数学表达式，接着将Q代入公式(3)中组成多元方程组，由方程组可解得系数cj,i‑j的值，代入式(1)即可得拟合的校准曲面数学表达式。