平面度在线分区测量法.docxVIP

一种用于测量超大平面平面度在线分区测量技术熊木地、王文超技术领域本发明涉及大型平面的平面度在线测量，尤其涉及超大平面平面度在线测量。背景技术在船舶的加工制造过程中对平面的平面度要求较高，而且该行业中的平面规格往往较大甚至达到百米以上，而且平面在空间的放置位置上姿态各异。传统测量方法有液面法、激光准直扫描法等离线测量方法以及在线测量法。液面法主要是利用液体表面作为测量基准面，可实现大平面及有障碍物的平面的平面度测量。用两个装满液体的金属容器构成联通器,其中一个容器按测量顺序依次放置在各测量点上,测量各点距基准水平面的高度差，另一个容器位置固定。用测微仪来测量固定容器液面的变化,以此实现测量各被测点相对基准水平面的高度差。但使用液面法测量平面度误差时具有如下缺点：液面在每个测量点稳定下来需要一定的时间；液体受温度等环境因数的影响比较大。激光准直扫描法与液面法原理相似，该法通过激光直射读数的方式代替液面法的液面高度比较来实现高度差的测量。在线测量法不同于离线测量法，通过安装在加工刀头附近且不影响加工过程的传感器阵列自动对被测面上采样点进行数据采集，通过计算机或硬件设备进行数据处理从而得到平面度测量结果，测量过程可以随着加工进行数据实时采集也可以待加工过程结束后进行独立采集，这个过程中不需要人为进行干预，省略了离线测量过程中的人工逐一布点、采样过程，实现了测量过程的自动化。但是在线测量算法中误差分离过程的数据量大、运算复杂等特点严重制约了平面度误差运算速度，从而降低了系统的测量效率，甚至当平面规格较大时可能引起测量系统的瘫痪。发明内容本发明以平面度在线测量法为基础，通过被测面的整体采样数据进行自动分区处理，通过在线分区算法来实现数据矩阵的降维处理以达到提高数据处理速度的目的，从而实现了平面度的高效在线测量。本算法主要包括数据自动拆分、重组、误差分离、拟合等过程。为达到上述目的，本发明的算法过程如下：按照在线测量法的采样方式进行数据采集，采集到的数据进行自动拆分处理，使得数据按照规律分成若干子区域，相邻的子区域间存在公用的重叠区域。将各个独立的子区域分别进行误差分离分别得到各个子区域的导轨误差数据、传感器阵列安装数据、被测面表面形状误差数据。待所有子区域误差分离过程完成后，对所有子区域的表面真实形状误差数据进行归一化处理，从而得到拟合后被测面整体表面形状误差数据及被测面的平面度误差。其中相邻子区域间的重叠区域是保证各个子区域误差分离后数据能够拼接复原的基本前提。待误差分离完成后，重叠区域中的采样点在不同的区域中对应不同的数值，通过这些重叠采样点可以确定相邻子区域间的坐标变换公式，利用坐标变换公式实现数据拼接。附图说明图1平面度在线测量法示意图图2测量路线示意图图3拆分过程示意图具体实施方式下面结合附图对平面度在线分区测量法做进一步详细的描述。(1)系统结构模型搭建平面度在线测法系统结构示意图如图1所示（在加工刀头附近且不影响加过过程的地方安装传感器阵列用于被测面的数据自动采集），根据示意图建立系统模型。通过传感器阵列定时采样或通过加工机床位置反馈的方式使得传感器阵列对采样点进行逐一采样。从采样开始到采样结束直至平面度误差评定结果的产生不再需要人为干预。其中采样路线如图2所示，采取蛇形采样路线。(2)自动拆分过程。采样得到被测面整体采样数据：（1）其中表示被测面上第行，第列采样点处采集得到的采样数据，故可以得到采样数据向量：（2）其中表示传感器阵列在采样点矩阵第行，第列时传感器阵列中号传感器采集到的采样数据。另外，部分为被测面上整体采样点中的一个局部采样区域该区域矩阵大小为行列（），称为子区域或子平面。依此方法将被测面整体采样数据拆分成若干个子区域如图3所示，相邻两个子区域间有若干行（列）的重叠区域。(3)子区域误差分离过程整体采样数据自动拆分后得到若干个子区域平面，应用子区域中的采样数据对子区域平面进行误差分离（单独子区域的误差分离过程与在线测量法误差分离过程相同），分离出导轨误差、传感器阵列安装初始误差以及被测面表面真是形状误差。以其中第一个块子区域为例进行误差分离过程说明。假设第一块子区域采样点矩阵大小为行列，则导轨误差矩阵如式3。（3）假设在传感器阵列中标号分别为，、、的四个传感器中，以号传感器作为传感器安装初始误差基准点，其余三个传感器的误差值分别为，，，则传感器阵列在点处的采样值为：（4）令（5）其中：被测面表面真实形状误差：（6）导轨误差：传感器阵列安装初始误差系数：（7）表示仅在传感器阵列中传感器探头位置引入传感器阵列安装初始误差。根据蛇形采样路线，得到采样数据列向量：（8）令其中未知数列向量：（9）为一个列向量，包含个元素。其中表示被测面表面采样点处待分离后的真实形状误差。以第一块子区域为例，根据方程4可得采样方程：（1