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低温液位传感器校准装置几何误差辨识方法的研究

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2023-02-15 14:21

  

低温液位传感器校准装置几何误差辨识方法的研究
作者:王梅宝  李东升 胡佳成  杨洋  朱越  张成林

       低温磁致伸缩液位传感器校准装置采用相对运动原理,即液面保持不变,被校准液位传感器由校准装置夹持,相对于液面竖直运动,当校准装置夹具端存在误差时,将直接影响传感器的校准结果,因此对传感器夹具端的几何误差辨识具有重要意义。
目前检测机床、加工中心等几何误差的方法很多,常见的有激光球杆仪、实物基准法、激光干涉测最法等。 激光跟踪仪由千具有 高精度、大范围、动态测量等特点,已延伸到航 空、 航天、船舶等工业 各领域。 英国国家物理实验室和日本国家计量研究院已研制出基千激光跟踪仪的柔性坐标测量机雏形,天津大学和合肥工业大学研究了四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统的自标定问题[1 ~ 5] 。同时,国内外已将激光跟踪仪应用到机床精度检测领域。 德国联邦物理研究院能够在2h内完成对一台三轴机床的误差标定[6]' 西安交通大学在4h内完成对一台数控铣床的精度检测,并且分离出铣床的各项误差[7 ,8] 。
       本文基于以上方法,提出以重力加速度方向为Z轴反方向建立虚拟坐标系,利用刚体中两点位置始终不变的特性,获得被测点6项误差的冗余数据,来实现对校准装置几何误差的辨识,并用matlab进行仿真验证,对校准装置误差进行补偿。
2 多边法原理
       激光跟踪仪测晕可分为单站法、三角法和多边法。 单站法采用球坐标系测量得到一个长度值和两个角度值,从而获得目标点的空间坐标;三角法采用两台激光跟踪仪瞄准目标点,获得两个水平角、两个垂直角,加上两台仪器的水平距离和垂 直距离,可获得目标点的 空间坐标。 由于激光跟踪仪采用编码器进行角度测量,精度相对较低,上述两种方法不适于高精度检测。 多边法采用全球定位系统(GPS)原理,如图1所示,已知pl ,P2 ,P3 这3个基站的坐标,通过一台激光跟踪仪先后在3个基站测鼠目标点T1 ,测得距离P1T1 ,P2仇,P3仇,则可获得仇的坐标。
        由千激光跟踪仪测距采用相对距离而非绝对距离,为了防止测量中出现一条光路被遮挡时整个实验需要重新进行,采用四基站方法增加冗余数据。
3 校准装置上目标点坐标测量原理
磁致伸缩液位传感器
       通过标定 传感器同一 母线上不同位置的坐标,即可获得夹具端6项误差的冗余数据。 如图2所示,测量时,将猫眼安装在传感器上夹具附近并随着校准装置的运动机构一起运动,通过多边法原理获得目标点在三维 空间中的实际坐标。 下面以四站分时测量为例进行阐述。
由于传感器理想运动轨迹与重力加速度方向平行,需建立一个坐标系,其Z轴始终与重力加速度方向相反,即XOY平面为水平面,使传感器实际运动轨迹与理论运动轨迹在同一坐标系下。 如图3所示,以基站九(0,0,0)为坐标原点,保持激光跟踪仪支架位置不变,利用激光跟踪仪的精密水平测量仪及精密升降机构提升激光跟踪仪至P2 ' 定义几(0, 0 , Zz) , p 3 (X3 , 0 , Z 3 )位千X,Z轴组成的平面内,按右手法则可以建立坐标系,P4 (X4 ,y4 , Z4 )。 设Tu、T21、几为被校准传感器同一条母线上 的3个目标点在第一个测量点的实际位置,T12 、 T22、几为上述目标点在第2个测匮点的实际位置。
       分别在Pk(k=l,2,3,4)位置测量凡到目标点兀(i=l,2,3;j=l,2, …,n)的相对距离变化量 (jk。其中,口表示 传感器上同一 母线上不同的位置,j表示目标点在空间中不同的测量位置,k表示不同的基站标号。由于初始距离Lik 未知,共12个未知数,4个基站坐标的 6个未知数,加上3n个目标点坐标引入9n个未知数,共9n+ 18个未知数,而由两点距离公式,3n个目标点可获得已知数据12n个。即对于上述多边法标定目标点坐标时,测量点至少为6个,即目标点为18个时可以获得各基站及目标点的坐标。由于各基点、各测量点的坐标是所有测量数据 共同计算得到的。
4 校准装置几何误差分离原理
       OA 为理想初始位置,由于传感器夹具端产生的 3个角度误差'Y、/3、a,OB为传感器实际初始位置,当OB沿Z轴竖直向上运动z时,其实 际位置应为0龙;由于校准装置运动过程中存在6项误差,分别为定位误差 a,、直线度误差 a,、ay ,滚转 误差生、俯仰误差By 和偏摆误差玄,传感器实际位 置为 02B2 。




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