專利名稱：三維空間測(cè)振裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維空間測(cè)振裝置及方法。
背景技術(shù)：
在重工機(jī)械領(lǐng)域中，一些整機(jī)(例如泵車)中具有長(zhǎng)臂架結(jié)構(gòu)。在工作時(shí)長(zhǎng)臂架結(jié)構(gòu)的末端或多或少存在振動(dòng)，既有可能影響工作面的定位，也有可能產(chǎn)生安全事故。在整機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)出來(lái)后，有必要在出廠之前進(jìn)行此方面的測(cè)試，以保證用戶的正常使用。但在振動(dòng)測(cè)試中，單自由度測(cè)振裝置比較常見，而三維空間測(cè)振還缺乏相應(yīng)的裝置和方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用以下兩種方式測(cè)試振動(dòng)(1)現(xiàn)有的遠(yuǎn)程振動(dòng)測(cè)試一般是首先測(cè)得被測(cè)物體的加速度信號(hào)，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次積分和去除趨勢(shì)項(xiàng)處理，從而得到振動(dòng)位移信號(hào)；( 采用三個(gè)激光位置敏感裝置探測(cè)器(PSD)組成一集成的激光測(cè)量系統(tǒng)， 可以用于空間撓性桿件位姿偏差的精確測(cè)量。上述兩種測(cè)振方式分別具有相應(yīng)的缺點(diǎn)。第一種方式的缺點(diǎn)是由于首先測(cè)得的是加速度信號(hào)，本身就存在一定的誤差，在通過(guò)二次積分后誤差會(huì)進(jìn)一步放大，且對(duì)于被測(cè)對(duì)象的頻率成分和干擾頻率成分不了解，在濾波時(shí)很難進(jìn)行頻率截?cái)?，所以最終得到的振動(dòng)位移信號(hào)有較大的失真。第二種方式的缺點(diǎn)是在確定撓性桿件位姿偏差的時(shí)候，在測(cè)出撓性桿件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，還需要知道其撓度偏差，然后才能間接得到撓性桿件的準(zhǔn)確位移。 而且除了需破壞撓性桿件的末端以便固定PSD集成裝置外，還需要在撓性桿件的前端固定一個(gè)激光發(fā)射裝置，系統(tǒng)頗為復(fù)雜，成本也比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三維空間測(cè)振裝置和方法，以解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)振裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高以及測(cè)量精度不高的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種三維空間測(cè)振裝置，特別地，測(cè)振裝置包括支架，具有三個(gè)安裝部，安裝部分別定位于三維空間坐標(biāo)系的相互垂直的三個(gè)軸線上；三個(gè)拉線式位移傳感器，每個(gè)拉線式位移傳感器包括本體和從本體拉出的拉線，本體分別安裝在安裝部上，拉線的末端能夠相交于由本體與三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)限定的空間中的測(cè)點(diǎn)；以及處理器，通過(guò)采集裝置與三個(gè)拉線式位移傳感器通信并處理所獲得的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，支架包括分別沿三個(gè)軸線延伸的三個(gè)支臂，每個(gè)支臂包括第一端和相對(duì)的第二端，第一端剛性連接在一起，并且三個(gè)安裝部分別設(shè)置在三個(gè)支臂上。進(jìn)一步地，三個(gè)支臂的長(zhǎng)度相等。進(jìn)一步地，安裝部安裝在第二端上，并且本體安裝在安裝部上。進(jìn)一步地，安裝部包括固定地連接至所述第二端的安裝板。進(jìn)一步地，安裝部包括托架和可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于托架的安裝板。進(jìn)一步地，三個(gè)支臂均為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，并且在三個(gè)支臂中的至少兩個(gè)支臂之間設(shè)置有斜支撐加強(qiáng)件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種三維空間測(cè)振方法，特別地，包括以下步驟a)設(shè)定一個(gè)三維空間坐標(biāo)系，將三個(gè)拉線式位移傳感器的三個(gè)本體分別定位于三維空間坐標(biāo)系的相互垂直的三個(gè)軸線上；b)定位三維空間坐標(biāo)系，使得待測(cè)物體的測(cè)點(diǎn)位于由三個(gè)本體與三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)限定的空間中；c)將三個(gè)拉線式位移傳感器的三條拉線的末端均固定在測(cè)點(diǎn)上，記錄三條拉線的初始長(zhǎng)度以計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)可能的初始坐標(biāo)，并確定實(shí)際的初始坐標(biāo)值；d)使待測(cè)物體發(fā)生振動(dòng)，從而帶動(dòng)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)以進(jìn)行測(cè)試，記錄任意時(shí)刻的三條拉線的振動(dòng)長(zhǎng)度以計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)可能的振動(dòng)坐標(biāo)，并確定實(shí)際的振動(dòng)坐標(biāo)值；以及e)利用在步驟d)中所獲得的振動(dòng)坐標(biāo)值減去在步驟c)中所獲得的初始坐標(biāo)值的差，計(jì)算出任意時(shí)刻的振動(dòng)位移。進(jìn)一步地，三個(gè)拉線式位移傳感器的本體距三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)的距離相等。進(jìn)一步地，使測(cè)點(diǎn)的位置位于由三條拉線的拉出端所限定平面的遠(yuǎn)離原點(diǎn)的一側(cè)，并且三個(gè)本體在三個(gè)軸線上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的。進(jìn)一步地，利用采集裝置采集數(shù)據(jù)并利用處理器處理數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果首先，采用根據(jù)本發(fā)明的三維空間測(cè)振裝置和方法，對(duì)測(cè)量信號(hào)的處理簡(jiǎn)單直接， 可以獲得更精確的振動(dòng)位移值；其次，根據(jù)本發(fā)明的三維空間測(cè)振裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低，并且本發(fā)明的三維空間測(cè)振方法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。應(yīng)該理解，以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是列舉和說(shuō)明性質(zhì)的，目的是為了對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說(shuō)明。


附圖構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明。這些附解了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并與說(shuō)明書一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理，在附圖中圖1是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的原理的視圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的三維空間測(cè)振裝置的示意性立體圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的三維空間測(cè)振裝置的傳感器安裝部的示意性立體圖。圖4示出了圖3中的傳感器安裝部的示意性分解立體圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維空間測(cè)振裝置的示意性立體圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維空間測(cè)振裝置的傳感器安裝部的示意性立體圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。應(yīng)注意，下文僅對(duì)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同的特征進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)中可以發(fā)現(xiàn)的技術(shù)特征，這里就不贅述了。為便于理解，首先簡(jiǎn)單地說(shuō)明本發(fā)明的基本原理。本發(fā)明的三維空間測(cè)振裝置用三個(gè)拉線式位移傳感器測(cè)出被測(cè)物體在對(duì)應(yīng)三個(gè)方向上的振動(dòng)位移信號(hào)，然后用空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，把三個(gè)拉線式位移傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)化成三個(gè)互相垂直的自由度上的振動(dòng)位移。首先參照?qǐng)D2，介紹本發(fā)明的三維空間測(cè)振裝置的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，該測(cè)振裝置包括由三個(gè)角鋼制成的長(zhǎng)度相等的支臂1、2、3組成的支架，三個(gè)支臂1、2、3的第一端通過(guò)螺栓剛性地連接在一起并限定出三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)0，三個(gè)支臂1、2、3從該原點(diǎn)0相互垂直延伸；三個(gè)拉線式位移傳感器，每個(gè)傳感器包括本體4、5、6和從這些本體拉出的拉線 4’、5’、6’，這些本體4、5、6分別安裝在三個(gè)支臂1、2、3的與第一端相對(duì)的第二端上，拉線的末端能夠相交于由三個(gè)支臂1、2、3所限定空間內(nèi)的測(cè)點(diǎn)7 ；以及例如計(jì)算機(jī)的處理器(未示出)，通過(guò)采集裝置(未示出)與三個(gè)拉線式位移傳感器通信并處理所獲得的數(shù)據(jù)。為了增強(qiáng)本發(fā)明的測(cè)振裝置的穩(wěn)固性，進(jìn)一步地，在三個(gè)支臂1、2、3之間還設(shè)置有由鋼板制成的斜支撐加強(qiáng)件8、9、10。當(dāng)然，本發(fā)明不限于在所有三個(gè)支臂之間均設(shè)置斜支撐加強(qiáng)件，也可以通過(guò)部分加強(qiáng)方式實(shí)現(xiàn)，例如，僅在兩個(gè)支臂之間設(shè)置支撐加強(qiáng)件。應(yīng)該說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，雖然三個(gè)支臂1、2、3是由三個(gè)角鋼制成，并且斜支撐加強(qiáng)件8、9、10為鋼板，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于此，任何適合的其他材料也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，圖2中所示實(shí)施例的三個(gè)支臂1、2、3上的安裝部?jī)?yōu)選地包括相互連接的安裝板11和位于該安裝板11下方的一個(gè)固定連接(例如通過(guò)焊接)至支臂的托架14，安裝板11上具有與拉線式位移傳感器的本體上的連接件(未示出)相配合的連接孔13。優(yōu)選地，安裝板11和托架14通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸12連接，從而安裝板11可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸12在180度范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，具體地參見圖3和圖4。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，安裝板11下面通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸12來(lái)保證其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣即可保證拉線式位移傳感器的拉線4’、5’、6’沿著出口方向伸縮，以減小拉線的摩擦力，同時(shí)也可以保證測(cè)試的精度。此外，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化的第二實(shí)施例，參照?qǐng)D5和圖6，安裝部是一個(gè)固定連接(例如通過(guò)焊接)至支臂的安裝板(具體是一個(gè)折彎板15)，拉線傳感器的本體安裝于該折彎板15之上?？梢岳斫獾氖牵m然這種安裝方式不能實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)，但也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。為了更好地理解本發(fā)明，下面參照?qǐng)D1-圖3并結(jié)合本裝置的具體操作來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。首先，將該三維空間測(cè)振裝置固定在地面或者一個(gè)能接近被測(cè)點(diǎn)的平臺(tái)上?？梢岳斫獾氖?，由于這些支臂1、2、3本身的自重，可以很容易將其固定在地面或平臺(tái)上，如果需要的話，也可以通過(guò)一重物壓其固定，或是以本領(lǐng)域已知的任何方式固定。然后，把三個(gè)合適量程的拉線式位移傳感器的本體4、5、6固定在各自的安裝板上(當(dāng)然可以設(shè)想，這些拉線式位移傳感器一直安裝在相應(yīng)的位置處)，并把拉線拉出通過(guò)緊固件固定在被測(cè)物體的測(cè)點(diǎn)7上，保證被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)限制在x+y+z > a的范圍內(nèi)。下面具體參照?qǐng)D1，詳細(xì)說(shuō)明如何通過(guò)從拉線傳感器獲得的值來(lái)計(jì)算出振動(dòng)相關(guān)的位移值。圖1中a為立方體的邊長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)三個(gè)支臂1、2、3的長(zhǎng)度)，Li、L2、L3分別為安裝在三個(gè)軸線χ、y、ζ上的拉線傳感器的拉線長(zhǎng)度，與對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)滿足如下關(guān)系Ιξ-ζ2-γ2 =(a-xf(1)L22-X2-Z2 =(a-yf(2)
I^-X2 -^2 = (a-zf聯(lián)立可解得Z12 =2a(z-x)Z12 -L22 =2a(y-x)所以
權(quán)利要求
1.一種三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述測(cè)振裝置包括支架，具有三個(gè)安裝部，所述安裝部分別定位于三維空間坐標(biāo)系的相互垂直的三個(gè)軸 ^^ —t- 三個(gè)拉線式位移傳感器，每個(gè)所述拉線式位移傳感器包括本體和從所述本體拉出的拉線，所述本體分別安裝在所述安裝部上，所述拉線的末端能夠相交于由所述本體與所述三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)限定的空間中的測(cè)點(diǎn)；以及處理器，通過(guò)采集裝置與所述三個(gè)拉線式位移傳感器通信并處理所獲得的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述支架包括分別沿所述三個(gè)軸線延伸的三個(gè)支臂，每個(gè)所述支臂包括第一端和相對(duì)的第二端，所述第一端剛性連接在一起，并且所述三個(gè)安裝部分別設(shè)置在所述三個(gè)支臂上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述三個(gè)支臂的長(zhǎng)度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述安裝部安裝在所述第二端上，并且所述本體安裝在所述安裝部上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述安裝部包括固定地連接至所述第二端的安裝板。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述安裝部包括托架和可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述托架的安裝板。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三維空間測(cè)振裝置，其特征在于，所述三個(gè)支臂均為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，并且在所述三個(gè)支臂中的至少兩個(gè)支臂之間設(shè)置有斜支撐加強(qiáng)件。
8.—種三維空間測(cè)振方法，其特征在于，包括以下步驟a)設(shè)定一個(gè)三維空間坐標(biāo)系，將三個(gè)拉線式位移傳感器的三個(gè)本體分別定位于三維空間坐標(biāo)系的相互垂直的三個(gè)軸線上；b)定位所述三維空間坐標(biāo)系，使得待測(cè)物體的測(cè)點(diǎn)位于由所述三個(gè)本體與所述三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)限定的空間中；c)將所述三個(gè)拉線式位移傳感器的三條拉線的末端均固定在所述測(cè)點(diǎn)上，記錄所述三條拉線的初始長(zhǎng)度以計(jì)算出所述測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)可能的初始坐標(biāo)，并確定實(shí)際的初始坐標(biāo)值；d)使所述待測(cè)物體發(fā)生振動(dòng)，從而帶動(dòng)所述測(cè)點(diǎn)振動(dòng)以進(jìn)行測(cè)試，記錄任意時(shí)刻的所述三條拉線的振動(dòng)長(zhǎng)度以計(jì)算出所述測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)可能的振動(dòng)坐標(biāo)，并確定實(shí)際的振動(dòng)坐標(biāo)值；以及e)利用在所述步驟d)中所獲得的振動(dòng)坐標(biāo)值減去在所述步驟c)中所獲得的初始坐標(biāo)值的差，計(jì)算出任意時(shí)刻的振動(dòng)位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維空間測(cè)振方法，其特征在于，所述三個(gè)拉線式位移傳感器的本體距所述三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)的距離相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維空間測(cè)振方法，其特征在于，使所述測(cè)點(diǎn)的位置位于由所述三條拉線的拉出端所限定平面的遠(yuǎn)離所述原點(diǎn)的一側(cè)，并且所述三個(gè)本體在所述三個(gè)軸線上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維空間測(cè)振方法，其特征在于，利用采集裝置采集數(shù)據(jù)并利用處理器處理數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維空間測(cè)振裝置及方法，特別地，該測(cè)振裝置包括支架，具有三個(gè)安裝部，安裝部分別定位于三維空間坐標(biāo)系的相互垂直的三個(gè)軸線(x、y、z)上；三個(gè)拉線式位移傳感器，每個(gè)拉線式位移傳感器包括本體(4、5、6)和從本體拉出的拉線(4’、5’、6’)，本體分別安裝在安裝部上，拉線的末端能夠相交于由本體與三維空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)(O)限定的空間中的測(cè)點(diǎn)(7)；以及處理器，通過(guò)采集裝置與三個(gè)拉線式位移傳感器通信并處理所獲得的數(shù)據(jù)。采用本發(fā)明的三維空間測(cè)振裝置和方法，對(duì)測(cè)量信號(hào)的處理簡(jiǎn)單直接，可以獲得更精確的振動(dòng)位移值；并且，測(cè)振裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低，測(cè)振方法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102226713SQ20111007728
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者吳斌興, 黃毅, 黃永輝 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙中聯(lián)重工科技發(fā)展股份有限公司