本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電渦流位移傳感器陣列的三維標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

由于電渦流位移傳感器具有可靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高分辨率地測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，其越來(lái)越多地應(yīng)用于檢測(cè)領(lǐng)域。并且，從最開(kāi)始的單個(gè)的電渦流位移傳感器的使用，到如今出現(xiàn)多個(gè)電渦流位移傳感器組合陣列的形式的使用。這使得對(duì)電渦流位移傳感器的標(biāo)定方法有了更高的要求，單獨(dú)的對(duì)于電渦流位移傳感器的標(biāo)定方法已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的測(cè)量需求，還需要可以對(duì)電渦流位移傳感器陣列進(jìn)行空間三維標(biāo)定的方法才能滿足現(xiàn)在對(duì)于電渦流位移傳感器陣列的使用需求。而電渦流位移傳感器陣列的標(biāo)定將直接影響后期的測(cè)量過(guò)程以及測(cè)量結(jié)果的精度。在目前情況下，如何合理地設(shè)計(jì)標(biāo)定件及三維標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)對(duì)于電渦流位移傳感器陣列的整體三維標(biāo)定已經(jīng)成為現(xiàn)在主要的問(wèn)題以及主要的研究方向。

汪云等人2001年在汽車技術(shù)期刊第2期發(fā)表的《車身電渦流位移傳感器的一種標(biāo)定方法》中利用電渦流位移傳感器的位移測(cè)量值與線圈電感之間的函數(shù)關(guān)系，采用調(diào)頻法進(jìn)行標(biāo)定，這種方法雖然可以，但是其只能針對(duì)此種特定的電渦流位移傳感器適用，對(duì)于有著不同電路設(shè)計(jì)的不同種類的電渦流位移傳感器無(wú)法普遍適用。且利用函數(shù)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定過(guò)程需要對(duì)特定的復(fù)雜電路進(jìn)行分析使標(biāo)定過(guò)程難度加大，沒(méi)有普遍性。除此以外，也沒(méi)有可以普遍適用于電渦流位移傳感器陣列的整體三維標(biāo)定方法。針對(duì)這一方面的研究較少，無(wú)法滿足現(xiàn)在檢測(cè)領(lǐng)域?qū)τ陔姕u流位移傳感器陣列的整體標(biāo)定的需求，相應(yīng)的對(duì)于電渦流位移傳感器陣列三維標(biāo)定的方法也很少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是實(shí)現(xiàn)對(duì)于電渦流位移傳感器陣列的整體三維標(biāo)定，發(fā)明了一種標(biāo)定件來(lái)進(jìn)行電渦流位移傳感器陣列整體三維標(biāo)定。標(biāo)定件采用具有平面和斜面兩種特征的結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，采用兩步法進(jìn)行標(biāo)定，第一步是探頭對(duì)準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，對(duì)電渦流位移傳感器陣列探頭進(jìn)行軸向標(biāo)定，第二步翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)標(biāo)定件，探頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定件斜面結(jié)構(gòu)，進(jìn)行標(biāo)定采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行電渦流位移傳感器探頭陣列的縱向相對(duì)位置關(guān)系標(biāo)定，再逆時(shí)針90°旋轉(zhuǎn)標(biāo)定件，探頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定件斜面結(jié)構(gòu)，進(jìn)行標(biāo)定采集數(shù)據(jù)進(jìn)行電渦流位移傳感器探頭陣列的橫向相對(duì)位置關(guān)系標(biāo)定，通過(guò)對(duì)于電渦流位移傳感器探頭陣列的軸向、縱向以及橫向相對(duì)位置標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流位移傳感器探頭陣列的三維標(biāo)定。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種電渦流位移傳感器陣列的三維標(biāo)定方法，其特征是，該方法采用由平面和斜面兩部分組成的標(biāo)定件，先利用標(biāo)定件的平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行電渦流位移傳感器陣列探頭的軸向標(biāo)定；后利用標(biāo)定件的斜面結(jié)構(gòu)，根據(jù)空間幾何關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流位移傳感器陣列的探頭沿垂直于軸線平面方向上的標(biāo)定，包括電渦流位移傳感器探頭陣列的橫向和縱向標(biāo)定，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流位移傳感器陣列的三維標(biāo)定；該方法的具體步驟如下：

第一步、電渦流位移傳感器陣列的探頭軸向標(biāo)定

電渦流位移傳感器陣列由安裝在測(cè)量架2上的多個(gè)電渦流位移傳感器的探頭(i,j,k...)構(gòu)成，標(biāo)定件1上有平面a、斜面b和凸塊c，利用標(biāo)定件1的平面a實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流位移傳感器陣列的沿探頭軸線方向上的標(biāo)定；標(biāo)定過(guò)程中，要求電渦流位移傳感器陣列位置固定，標(biāo)定件1固定于電控平臺(tái)上，其位置要求垂直于電渦流位移傳感器陣列軸線位置且與探頭陣列間距處于電渦流位移傳感器量程范圍內(nèi)的位置；啟動(dòng)電渦流位移傳感器陣列，讀取陣列中所有探頭的位移測(cè)量值；則求取的任意兩探頭間位移測(cè)量值的差值即為此任意兩探頭間沿軸線方向的相對(duì)距離；其具體公式如下：

δxij＝δxi-δxj(1)

其中：i、j為測(cè)量架上安裝的探頭1、2，δxi為探頭i的位移值，δxj為探頭j的位移值，δxij為求取的兩探頭沿軸線方向的相對(duì)距離；由公式(1)完成對(duì)陣列中所有探頭間沿軸線方向的相對(duì)位置關(guān)系的標(biāo)定；

第二步、電渦流位移傳感器陣列的探頭沿垂直軸向平面的標(biāo)定

第一步完成后，翻轉(zhuǎn)標(biāo)定件1使電渦流位移傳感器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定件的斜面b，開(kāi)始進(jìn)行對(duì)電渦流位移傳感器陣列的沿垂直軸向平面的標(biāo)定過(guò)程；此標(biāo)定過(guò)程主要是為了消除電渦流位移傳感器陣列安裝時(shí)的安裝誤差以及電渦流位移傳感器陣列固定件-測(cè)量架的加工誤差；

標(biāo)定件1與電渦流位移傳感器探頭陣列的相對(duì)位置，應(yīng)用三角函數(shù)實(shí)現(xiàn)電渦流位移傳感器陣列的沿垂直軸向平面的標(biāo)定過(guò)程；其具體公式如下：

其中，α為標(biāo)定件1的斜面傾角，δx-最終要求的沿軸向方向的相對(duì)距離，yij-探頭1、2的縱向相對(duì)距離。

標(biāo)定時(shí)，通過(guò)測(cè)量得到探頭i和探頭j的位移測(cè)量值δxi和δxj，δxij為第一步中經(jīng)過(guò)電渦流位移傳感器陣列沿軸線方向的標(biāo)定過(guò)程得到的探頭i、探頭j軸向相對(duì)距離；由此，求得在水平方向上探頭位移值的差值δx＝δxi-(δxj-δxij)，其與所標(biāo)定的電渦流位移傳感器陣列中量程最大的電渦流位移傳感器有關(guān)，需要保證斜面傾角α滿足最遠(yuǎn)處探頭的測(cè)量量程；通過(guò)公式(2)求得電渦流位移傳感器陣列中任意兩探頭間的豎直方向上的距離yij；

完成后豎直方向上的標(biāo)定后，將標(biāo)定件1旋轉(zhuǎn)90°，其中，標(biāo)定件1下方所設(shè)計(jì)的兩塊凸塊c即為固定部位，實(shí)現(xiàn)縱向斜面以及旋轉(zhuǎn)90°以后橫向斜面的固定；旋轉(zhuǎn)90°以后，縱向斜面變?yōu)闄M向斜面，再次利用前面的步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流位移傳感器陣列中在垂直于軸線平面內(nèi)的任意兩個(gè)探頭間的橫向距離的標(biāo)定；此時(shí)，公式(2)中yij即變?yōu)殛嚵兄腥我鈨商筋^的橫向距離；由此，最終可得到電渦流位移傳感器陣列中所有探頭點(diǎn)間的空間相對(duì)位置關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)對(duì)電渦流位移傳感器陣列的空間三維標(biāo)定過(guò)程。

本發(fā)明的有益效果是此方法中這種具有平面及斜面兩種結(jié)構(gòu)的標(biāo)定件相對(duì)于只能用于單個(gè)電渦流位移傳感器標(biāo)定的標(biāo)定平板來(lái)說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)電渦流位移傳感器陣列的三維整體標(biāo)定，大大降低因加工誤差以及電渦流位移傳感器探頭的安裝誤差而產(chǎn)生的標(biāo)定誤差，進(jìn)而提高了測(cè)量精度，適用于不同種類不同排列方式的電渦流位移傳感器陣列，普適性很強(qiáng)，標(biāo)定效率高。

附圖說(shuō)明

圖1為電渦流位移傳感器陣列三維標(biāo)定原理圖。圖中，1-標(biāo)定件，2-測(cè)量架，a-平面，b-斜面，c-凸塊，i、j為測(cè)量架上安裝的探頭1、2，δxi-x方向的位移測(cè)量值，δxj-y方向的位移測(cè)量值，δxij-探頭1、2沿軸線方向的相對(duì)距離，δx-最終要求的沿軸向方向的相對(duì)距離，α-斜面傾角，yij-探頭1、2的縱向相對(duì)距離。

圖2為電渦流位移傳感器陣列三維標(biāo)定過(guò)程的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖1為電渦流位移傳感器陣列三維標(biāo)定原理圖。圖2為電渦流位移傳感器陣列三維標(biāo)定過(guò)程的流程圖。整個(gè)標(biāo)定過(guò)程包括電渦流位移傳感器陣列沿軸線方向相對(duì)距離標(biāo)定和電渦流位移傳感器陣列沿垂直于軸線的平面方向上的相對(duì)位置標(biāo)定兩個(gè)步驟，具體步驟如下：

第一步、電渦流位移傳感器陣列的探頭軸向標(biāo)定

本實(shí)施例中以含有4個(gè)探頭的電渦流位移傳感器陣列為例。標(biāo)定前，固定電渦流位移傳感器陣列于測(cè)量架2上，后將測(cè)量架2進(jìn)行固定，將標(biāo)定件1固定于電控平臺(tái)上使電渦流位移傳感器陣列的探頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定件1的平面a，探頭距離標(biāo)定件平面的間距要求在電渦流位移傳感器探頭的量程范圍內(nèi)。本實(shí)施例使用的是量程為0-4mm的電渦流位移傳感器，因此取間距為2.5mm的位置進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。

安裝完畢后，啟動(dòng)電渦流位移傳感器陣列，待讀數(shù)穩(wěn)定后讀取所有探頭的位移測(cè)量值。位移測(cè)量值分別為δx1＝2.49mm，δx2＝2.47mm，δx3＝2.51mm，δx4＝2.50mm。帶入公式(1)中求取的任意兩探頭間位移測(cè)量值的差值即為此任意兩探頭間沿軸線方向的相對(duì)距離分別為δx12＝0.02mm，δx13＝-0.02mm，δx14＝-0.01mm，δx23＝-0.04mm，δx24＝-0.03mm，δx34＝0.01mm。

第二步、電渦流位移傳感器陣列的探頭沿垂直軸向平面的標(biāo)定

第一步完成后，關(guān)閉電渦流位移傳感器陣列，控制電控平臺(tái)先后退至安全距離后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180°，即翻轉(zhuǎn)標(biāo)定件1使電渦流位移傳感器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定件1的斜面b，后控制標(biāo)定件1平移至距離電渦流位移傳感器陣列2mm處以保證所有探頭都在量程內(nèi)，啟動(dòng)電渦流位移傳感器陣列，開(kāi)始進(jìn)行對(duì)電渦流位移傳感器陣列的沿垂直軸向平面的標(biāo)定過(guò)程。

待示數(shù)穩(wěn)定后，讀取探頭的位移測(cè)量值分別為δx1＝3.71mm，δx2＝3.68mm，δx3＝1.81mm和δx4＝1.93mm，經(jīng)過(guò)步驟(1)電渦流位移傳感器陣列沿軸線方向的標(biāo)定過(guò)程得到的各探頭軸向相對(duì)距離分別為δx12＝0.02mm，δx13＝-0.02mm，δx14＝-0.01mm，δx23＝-0.04mm，δx24＝-0.03mm，δx34＝0.01mm。由以上參數(shù)則求得在水平方向上探頭位移值的差值分別為：

探頭1和探頭2之間的為δx＝0.01mm，探頭1和探頭3之間的為δx＝1.92mm，探頭1和探頭4之間的為δx＝1.79mm，探頭2和探頭3之間的為δx＝1.91mm，探頭2和探頭4之間的為δx＝1.78mm，探頭3和探頭4之間的為δx＝-0.13mm。根據(jù)本實(shí)施例中選取量程為0-4mm的電渦流位移傳感器探頭，為保證標(biāo)定件斜面傾角滿足測(cè)量量程，本實(shí)施例中設(shè)置標(biāo)定件斜面傾角為α＝2°。通過(guò)將以上參數(shù)帶入公式(2)求得電渦流位移傳感器陣列中任意兩探頭間的豎直方向上的距離，分別為y12＝0.2864mm，y13＝54.9816mm，y14＝51.2589mm，y23＝54.6952mm，y24＝50.9725mm，y34＝3.7227mm。

電渦流位移傳感器陣列中所有在垂直于軸線平面內(nèi)的任意兩探頭之間的縱向相對(duì)距離標(biāo)定完成后，控制標(biāo)定件1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)橫向斜面進(jìn)行固定。再次利用上述原理對(duì)電渦流位移傳感器陣列中在垂直于軸線平面內(nèi)的任意兩個(gè)探頭間的橫向距離進(jìn)行標(biāo)定。與縱向標(biāo)定的操作相同，讀取探頭的位移測(cè)量值分別為δx1'＝3.69mm，δx2'＝1.79mm，δx3'＝3.70mm和δx4'＝1.80mm，求得在水平方向上探頭位移值的差值分別為：探頭1和探頭2之間的為δx'＝1.88mm，探頭1和探頭3之間的為δx'＝0.01mm，探頭1和探頭4之間的為δx'＝1.90mm，探頭2和探頭3之間的為δx'＝-1.87mm，探頭2和探頭4之間的為δx'＝0.02mm，探頭3和探頭4之間的為δx'＝1.89mm。斜面傾角α＝2°不變，將參數(shù)再次帶入公式(2)中，求得電渦流位移傳感器陣列中任意兩探頭間的橫向相對(duì)距離分別為y12'＝53.8362mm，y13'＝0.2864mm，y14'＝54.4089mm，y23'＝53.5498mm，y24'＝0.5727mm，y34'＝54.1225mm。

本發(fā)明的標(biāo)定件1相對(duì)于傳統(tǒng)的標(biāo)定件，可以同時(shí)對(duì)電渦流位移傳感器陣列的探頭進(jìn)行三維標(biāo)定，標(biāo)定效率高。并且，實(shí)現(xiàn)電渦流位移傳感器陣列的三維標(biāo)可以從根本上消除電渦流位移傳感器的安裝誤差以及測(cè)量架的加工誤差對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響，進(jìn)而提高測(cè)量精度。除此之外，此種三維標(biāo)定方法適用于具有不同種類不同排列方式的電渦流位移傳感器陣列，且通過(guò)改變標(biāo)定件的斜面傾角可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同量程的電渦流位移傳感器陣列進(jìn)行三維標(biāo)定，普適性大。