锚链或系泊链单环或五环长测量方法和测量装置.pdf

本发明公开了一种锚链或系泊链单环或五环长的测量方法及测量装置。该测量装置包括拉力装置、运动小车、第一方向链环检测激光传感器、小车位置检测传感器、第二方向链环检测激光传感器及测控计算机。本发明的测量方法通过对锚链或系泊链的第一方向和第二方向链环环冠顶点的准确捕捉，并将锚链或系泊链单环长及五环长的测量转换为对运动小车直线行走距离的测量，本发明的测量方法的测量误差小，精度高，同时具有成本低、稳定性好、对测试环境要求低的优点。

权利要求书一种锚链或系泊链的单环或五环长的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)对待测的锚链或系泊链施加所需的拉伸载荷将其拉直，拉直后的锚链或系泊链具有多个第一方向链环(8)和多个第二方向链环(9)；
(b)提供运动小车(1)，该运动小车(1)上设置有第一方向链环检测激光传感器(2)、第二方向链环检测激光传感器(4)和小车位置检测传感器(3)，调整所述第一方向链环检测激光传感器(2)的位置，使其射出的激光正好位于所述第一方向链环(8)的第一方向对称平面内，调整所述第二方向链环检测激光传感器(4)的位置，使其射出的激光正好位于所述第二方向链环(9)的第二方向对称平面内；
(c)驱动所述运动小车(1)沿所述被拉直后的锚链或系泊链的长度方向从该锚链或系泊链的一端向另一端移动，在移动过程中所述第一方向链环检测激光传感器(2)和所述第二方向链环检测激光传感器(4)分别对所述第一方向链环和所述第二方向链环的环冠顶点进行检测，当检测到环冠顶点时则记录该时刻所述小车位置检测传感器(3)输出的位置值；
(d)根据所测得的位置值计算出所述锚链或系泊链各单环长度或任意五环长度。
根据权利要求1所述的锚链或系泊链单环或五环长的测量方法，其特征是所述步骤(b)中所述的第一方向链环检测激光传感器(2)以地面作为检测基准面，且其射出的激光在所述运动小车(1)的移动过程中会依次通过各个所述第一方向链环(8)的环冠的顶点。
根据权利要求1或2所述的锚链或系泊链单环或五环长的测量方法，其特征是所述步骤(b)中所述的第二方向链环检测激光传感器(4)以所述运动小车(1)上与该第二方向链环检测激光传感器(4)相对的一侧面为检测基准面，且其射出的激光在所述运动小车(1)的移动过程中会依次通过各个所述第二方向链环的环冠的顶点。
根据权利要求1所述的锚链或系泊链单环或五环长的测量方法，其特征是用锚链或系泊链拉力试验机对所述锚链或系泊链施加所需的拉伸载荷而将其拉直。
根据权利要求4所述的锚链或系泊链单环或五环长的测量方法，其特征是所述步骤(c)所述的测量步骤如下：
当测控计算机收到锚链或系泊链拉力试验机发出的开始测量信号时，将运动小车(1)的当前位置设为0，并打开第一方向链环检测激光传感器(2)和第二方向链环检测激光传感器(4)；
然后向运动小车(1)发出运动信号，驱动该运动小车以设定的速度向所述锚链或系泊链的另一端运动；
其中，在所述运动小车的运动过程中，所述测控计算机不断检测第一方向链环检测激光传感器(2)输出的状态信号，当其发生突变时记录此时小车位置检测传感器(3)输出的位置信号yi，在所述运动小车(1)的运动过程中，所述测控计算机不断检测第二方向链环检测激光传感器(4)输出的状态信号，当其发生突变时记录此时所述小车位置检测传感器(3)输出的位置信号xj，当所述运动小车(1)运动到所述锚链或系泊链的另一端时，所述测控计算机可得到两个位置序列Y＝{y1，y2，......yn}和X＝{x1，x2，......xm}。
根据权利要求5所述的锚链或系泊链单环或五环长的测量方法，其特征是步骤(d)所述的锚链或系泊链各单环长度或任意五环长度计算方法如下：
根据当前的锚链或系泊链规格获取链环理想长度L；
如果y2i‑y2i‑1＜L/2，则从位置序列Y中剔除点y2i‑1和y2i，如果x2i‑x2i‑1＜L/2，则从位置序列X中剔除点x2i‑1和x2i；
所述第一方向链环单环长度Lyi＝y2i‑y2i‑1，所述第二方向链环单环长度Lxi＝x2i‑x2i‑1，其中i和j均为自然数；
以所述多个第一方向链环中任意链环为起始测量环的五环长度以所述多个第二方向链环中任意链环为起始测量环的五环长度其中i和j均为自然数。
根据权利要求1所述的锚链或系泊链单环或五环长的测量方法，其特征在于，所述第一方向链环检测激光传感器(2)和第二方向链环检测激光传感器(4)均为反射型数字CMOS激光传感器，且其具有基准面检测功能。
一种用于测量锚链或系泊链单环或五环长的测量装置，其特征在于包括：
拉力装置，用于向所述锚链或系泊链施加所需的拉伸载荷而将其拉直，拉直后的锚链或系泊链具有多个第一方向链环(8)和多个第二方向链环(9)；
运动小车(1)，其能够沿着所述锚链或系泊链的长度方向运动，在该运动小车(1)上设置有第一方向链环检测激光传感器(2)、小车位置检测传感器(3)和第二方向链环检测传感器(4)，所述第一方向链环激光传感器(2)和第二方向链环检测传感器(4)在所述运动小车(1)上的位置是可调节的，以使该第一方向链环激光传感器(2)和该第二方向链环激光传感器(4)射出的激光能分别位于所述第一方向链环(8)的第一方向对称平面内和所述第二方向链环(9)的第二方向对称平面内，从而当所述运动小车(1)运动时，所述第一方向链环激光传感器(2)和第二方向链环激光传感器(4)射出的激光能分别依次通过所述第一方向链环和第二方向链环的环冠顶点，所述小车位置检测传感器(3)能检测所述运动小车(1)的位置；
测控计算机，其与所述运动小车(1)、第一方向链环检测激光传感器(2)、小车位置检测传感器(3)和第二方向链环检测传感器(4)通信连接。
根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于：还包括导轨(5)，所述运动小车(1)设置在该导轨(5)上，所述导轨(5)设置成与所述锚链或系泊链的长度方向平行从而能使设置在该导轨(5)上的所述运动小车(1)能沿着所述锚链或系泊链的长度方向移动。
根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于：所述运动小车(1)包括两块竖立的侧板和一块顶板，从而使该运动小车(1)具有大体上呈“门”字形的截面，所述两块侧板的下端安装有滚轮，该滚轮设置在所述导轨(5)上，从而使得该运动小车(1)能够沿着该导轨(5)运动。
根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于：所述顶板上开设有腰形槽，用于固定所述第一方向链环检测激光传感器(2)，所述两侧板之一上开设有腰形槽，用于固定所述第二方向链环检测激光传感器(4)。
根据权利要求8‑11中任一项所述的测量装置，其特征在于：所述第一方向链环检测激光传感器(2)和第二方向链环检测激光传感器(4)为反射型数字CMOS激光传感器，且其具有基准面检测功能。

说明书锚链或系泊链单环或五环长测量方法和测量装置
技术领域
本发明涉及一种计量技术领域的测量方法及其测量装置，具体是一种对锚链或系泊链的单环或五环组长度进行非接触式测量的方法及测量装置。
背景技术
国标《GB/T 549‑2008电焊锚链》和《GB/T 20848‑2007系泊链》中规定在拉力试验过程中必须测量五环长度，同时各国船级社都有五环长度的检验要求，有些国外船级社还提出了五环长度自动在线测量的要求。
由于锚链形状比较特殊，且拉力机现场工作环境较差，因此一般的测量方法很难满足要求且效率不高。目前，国内锚链/系泊链生产厂家在拉力试验过程中进行五环长度测量大都使用超长游标卡尺由人工进行测量，这不仅测量结果精度低，而且费时、费力，还很不安全。为了提高测量精度，减轻工人劳动强度，提高工作效率，研究锚链/系泊链五环长度的自动在线测量方法与装置有着重要的理论和现实意义。
对现有的文献及专利进行检索后研究发现，中国专利申请号为201010504112的专利公开了“基于视觉的大型系泊链五环长测量方法及其测量装置”，该基于视觉的测量方法是利用n个相机获得n个图像，通过输入的链条各项基本参数和游标卡尺测得的结果对相机空间分辨率进行标定，最终实现对相同规格链条的五环长进行测量；沈鑫、韩韬发表在《测控技术》(2008年第7期)上的论文“自动光学检测在系泊链测量中的应用”及胡文、胡春、王石刚发表在《上海交通大学学报》(2011年第10期)上的论文“大型系泊链五环长的视觉测量系统”也都介绍了基本相同的测量方法。由于每个相机的分辨率是有限的，因此为了保证测量精度，该方法需要布置多个相机(平均每环长度需布置一个相机)，故成本较高；由于链条的特殊形状和拍摄角度的影响，导致拍摄到的链环边线和实际链环边线不一致，再加上多幅图像的拼接误差、镜头的畸变误差等都会带来相应的测量误差，虽然专利中提出了针对每种规格链条都进行单独标定的办法以修正误差，但此方法不仅操作麻烦，而且测量结果稳定性差，链条规格和位置的变化、工作现场灰尘的积累、光强的变化、试验机拉断链条后产生的振动与位移都会使得测量精度大幅下降。
发明内容
为了克服现有锚链或系泊链五环长测量技术的缺陷，提高五环长测量精度与效率，本发明公开了一种锚链或系泊链的单环或五环长测量方法及测量装置。
本发明的一种锚链或系泊链的单环或五环长测量方法所采用的技术方案包括如下步骤：
(a)对待测的锚链或系泊链施加所需的拉伸载荷将其拉直，拉直后的锚链或系泊链具有多个第一方向链环和多个第二方向链环；(b)提供运动小车，该运动小车上设置有第一方向链环检测激光传感器、第二方向链环检测激光传感器和小车位置检测传感器，调整所述第一方向链环检测激光传感器的位置，使其射出的激光正好位于所述第一方向链环的第一方向对称平面内，调整所述第二方向链环检测激光传感器的位置，使其射出的激光正好位于所述第二方向链环的第二方向对称平面内；(c)驱动所述运动小车沿所述被拉直后的锚链或系泊链的长度方向从该锚链或系泊链的一端向另一端移动，在移动过程中所述第一方向链环检测激光传感器和所述第二方向链环检测激光传感器分别对所述第一方向链环和所述第二方向链环的环冠顶点进行检测，当检测到环冠顶点时则记录该时刻所述小车位置检测传感器输出的位置值；(d)根据所测得的位置值计算出所述锚链或系泊链各单环长度或任意五环长度。
所述步骤(b)中所述的第一方向链环检测激光传感器以地面作为检测基准面，且其射出的激光在所述运动小车的移动过程中会依次通过各个所述第一方向链环的环冠的顶点。
所述步骤(b)中所述的第二方向链环检测激光传感器以所述运动小车上与该第二方向链环检测激光传感器相对的一侧面为检测基准面，且其射出的激光在所述运动小车的移动过程中会依次通过各个所述第二方向链环的环冠的顶点。
可以用锚链或系泊链拉力试验机对所述锚链或系泊链施加所需的拉伸载荷而将其拉直。
所述步骤(c)所述的测量步骤如下：当测控计算机收到锚链或系泊链拉力试验机发出的开始测量信号时，将运动小车的当前位置设为0，并打开第一方向链环检测激光传感器和第二方向链环检测激光传感器(4)；然后向运动小车发出运动信号，驱动该运动小车以设定的速度向所述锚链或系泊链的另一端运动；其中，在所述运动小车的运动过程中，所述测控计算机不断检测第一方向链环检测激光传感器输出的状态信号，当其发生突变时记录此时小车位置检测传感器输出的位置信号yi，在所述运动小车的运动过程中，所述测控计算机不断检测第二方向链环检测激光传感器输出的状态信号，当其发生突变时记录此时所述小车位置检测传感器输出的位置信号xj，当所述运动小车运动到所述锚链或系泊链的另一端时，所述测控计算机可得到两个位置序列Y＝{y1，y2，......yn}和X＝{x1，x2，......xm}。
所述步骤(d)所述的锚链或系泊链各单环长度或任意五环长度计算方法如下：根据当前的锚链或系泊链规格获取链环理想长度L；如果y2i‑y2i‑1＜L/2，则从位置序列Y中剔除点y2i‑1和y2i，如果x2i‑x2i‑1＜L/2，则从位置序列X中剔除点x2i‑1和x2i；所述第一方向链环单环长度Lyi＝y2i‑y2i‑1，所述第二方向链环单环长度Lxi＝x2i‑x2i‑1，其中i和j均为自然数；以所述多个第一方向链环中任意链环为起始测量环的五环长度以所述多个第二方向链环中任意链环为起始测量环的五环长度其中i和j均为自然数。
所述第一方向链环检测激光传感器(2)和第二方向链环检测激光传感器(4)均为反射型数字CMOS激光传感器，且其具有基准面检测功能。
本发明的用于测量锚链或系泊链单环或五环长的测量装置包括：拉力装置，用于向所述锚链或系泊链施加所需的拉伸载荷而将其拉直，拉直后的锚链或系泊链具有多个第一方向链环和多个第二方向链环；运动小车，其能够沿着所述锚链或系泊链的长度方向运动，在该运动小车上设置有第一方向链环检测激光传感器、小车位置检测传感器和第二方向链环检测传感器，所述第一方向链环激光传感器和第二方向链环检测传感器在所述运动小车上的位置是可调节的，以使该第一方向链环激光传感器和该第二方向链环激光传感器射出的激光能分别位于所述第一方向链环的第一方向对称平面内和第二方向链环的第二方向对称平面内，从而当所述运动小车运动时，所述第一方向链环激光传感器和第二方向链环激光传感器射出的激光能分别依次通过所述第一方向链环和第二方向链环的环冠顶点，所述小车位置检测传感器能检测所述运动小车的位置；测控计算机，其与所述运动小车、第一方向链环检测激光传感器、小车位置检测传感器和第二方向链环检测传感器通信连接。
作为改进，所述测量装置还可包括导轨，所述运动小车设置在该导轨上，所述导轨设置成与所述锚链或系泊链的长度方向平行从而能使设置在该导轨上的所述运动小车能沿着所述锚链或系泊链的长度方向移动。
所述运动小车可包括两块竖立的侧板和一块顶板，从而使该运动小车具有大体上呈“门”字形的截面，所述两块侧板的下端安装有滚轮，该滚轮设置在所述导轨上，从而使得该运动小车能够沿着该导轨运动。
所述顶板上开设有腰形槽，用于固定所述第一方向链环检测激光传感器，所述两侧板之一上开设有腰形槽，用于固定所述第二方向链环检测激光传感器。
所述第一方向链环检测激光传感器和第二方向链环检测激光传感器为反射型数字CMOS激光传感器，且其具有基准面检测功能。
综上所述，本发明的有益效果是：本发明通过对锚链或系泊链的第一方向和第二方向链环环冠顶点的准确捕捉，并将锚链或系泊链单环长及五环长的测量转换为对运动小车直线行走距离的测量，因此测量误差只和激光传感器的响应速度、小车的运动速度及小车直线行走距离的测量误差有关，故可实现高精度测量，且装置结构简单、使用方便、可靠性好。
附图说明
图1是锚链或系泊链单环或五环长测量装置结构示意图。
图2是链环环冠顶点捕捉原理说明图。
图3是有档锚链或系泊链横档剔除原理说明图。
图4是锚链或系泊链五环长计算原理说明图。
具体实施方式
下面结合附图具体描述本发明的具体实施方式。在下文所描述的本发明的测量方法和测量装置的具体实施方式中，为了能更好地理解本发明而描述了一些很具体的技术特征，但是，很显然的是，对于本领域的技术人员来说，并不是所有的这些技术特征都是实现本发明的必要技术特征。下文所描述的本发明的具体实施方式只是一种示例性的具体实施方式，其不应被视为对本发明的限制。
本发明的锚链或系泊链的单环或五环长测量方法为：
参考图1所示，对待测的锚链或系泊链10施加所需的拉伸载荷将其拉直。该操作例如可以在锚链或系泊链拉力试验机(图中未示出)上进行。锚链或系泊链拉力试验机可以根据需要对待测的锚链或系泊链10施加一定的拉伸载荷而将待测锚链或系泊链10拉直。拉直后的锚链或者系泊链具有多个第一方向链环8(例如，图1中的y方向)和多个第二方向链环9(例如，图1中的x方向)。应当理解的是，本领域技术人员也可采用其它设备将待测的锚链或者系泊链拉直，而不限于上述的锚链或系泊链拉力试验机。
设置一运动小车1，在该运动小车1上设置第一方向链环检测激光传感器2，并调整该第一方向(例如，图中的y方向)链环检测激光传感器2的位置，使其射出的激光正好位于该第一方向链环8的第一方向对称平面P内，此时其射出的激光在该运动小车1的运动过程中会依次通过各个第一方向链环8的环冠的顶点。所述的第一方向对称平面P是指在第一方向上将第一方向链环8对称切割的平面，也即，该第一方向链环8经该第一方向对称平面P切割后，其截面积最大。应当理解的是，图1中所标示的y方向只是示例性的，并不代表所述第一方向只能是图1中所标示的y方向，还可以是其它的方向。
在该运动小车1上设置第二方向链环9检测激光传感器4，并调整该第二方向(例如，图中的x方向)链环检测激光传感器4的位置，使其射出的激光正好位于该第二方向链环9的第二方向对称平面Q内，此时其射出的激光在运动小车1的运动过程中会依次通过各个第二方向链环9的环冠的顶点。所述的第二方向对称平面Q是指在第二方向上将第二方向链环9对称切割的平面，也即，该第二方向链环9经该第二方向对称平面Q切割后，其截面积最大。应当理解的是，图1中所标示的x方向只是示例性的，并不代表所述第二方向只能是图1中所标示的x方向。
在运动小车1上设置小车位置检测传感器3。
所述在开始测量前，将运动小车1设置在待测锚链或系泊链的一端(即，起始位置)，然后测控计算机(图中未示出)将运动小车1的当前位置，即起始位置设为0，并向第一方向链环检测激光传感器2和第二方向链环检测激光传感器4发出启动信号；然后向运动小车1发出运动信号，驱动小车1沿着所述被拉直的待测锚链或系泊链的长度方向以设定的速度运动，这使得所述的第一方向链环检测激光传感器2和第二方向链环检测激光传感器4能在运动小车1的运动过程中分别依次通过各个第一方向链环8和第二方向链环9的环冠的顶点。在运动小车1的运动过程中，所述测控计算机不断检测第一方向链环检测激光传感器2输出的状态信号，当其发生突变时记录此时小车位置检测传感器3输出的位置信号值yi，其中i自然数；在运动小车1运动过程中，测控计算机还不断检测第二方向链环检测激光传感器4输出的状态信号，当其发生突变时记录此时小车位置检测传感器3输出的位置信号值xj，其中j为自然数；当运动小车1运动到锚链或系泊链的另一端时，测量结束。此时可关闭第一方向和第二方向链环检测激光传感器2和4并可驱动运动小车1回到起始位置。在运动小车1的上述运动过程中，所述测控计算机可得到两个位置序列Y＝{y1，y2，......yn}和X＝{x1，x2，......xm}。
为提高测量精度，运动小车的运动速度通常设置为与链环的大小成正比，即链环越小，小车运动速度越低。此外，还可通过当激光传感器2及激光传感器4射出的激光接近链环的环冠顶点时降速的方法来进一步提高测量精度。
下面详细描述所述位置信号值yi及xj的获取过程。参见图2所示，当运动小车1带动所述第一方向或者第二方向链环检测激光传感器2或4运动到位置①时，射出的激光经由基准面7反射回激光传感器2或4，此时激光传感器2或4输出低电平；当激光传感器2或4运动到位置②时，射出的激光由于被环冠散射，因而激光传感器2或4接收不到反射激光，此时激光传感器2或4的输出信号发生突变，由低电平变为高电平，所述测控计算机则记录此时刻小车位置检测传感器3输出的位置值，该值即为yi或xj；当激光传感器2或4运动到位置③时，射出的激光经由链环的上表面10反射回激光传感器2或4，由于该反射面，即上表面10和基准面7的位置不同，此时激光传感器2或4依然输出高电平；当激光传感器2或4运动到位置④时，激光传感器2或4依然输出高电平(同位置②)；当激光传感器2或4刚刚越过位置④时，射出的激光经由基准面7反射回激光传感器2或4，此时激光传感器2或4的输出信号发生突变，由高电平变为低电平，测控计算机则记录此时刻小车位置检测传感器3输出的位置值，该值即为yi+1或xj+1。
然后可利用上述测得的yi或xj通过相应的算法计算出锚链或系泊链各单环长度和任意五环长度。所述的单环长度和任意五环长度的计算算法如下：
a.根据当前的被测量的锚链或系泊链规格获取链环理想长度L，该长度L在国标《GB/T 549‑2008电焊锚链》和《GB/T 20848‑2007系泊链》中已经列出；
b.如图3所示，如果y2i‑y2i‑1＜L/2，说明这两点指示的并非y方向(即，第一方向)链环环冠的两个顶点，而是x方向(第二方向)某链环的横档的两个边缘，故应从上述的位置序列Y中剔除y2i‑1和y2i；如果x2i‑x2i‑1＜L/2，说明这两点指示的并非x方向(第二方向)某链环环冠的两个顶点，而是y方向(即第一方向)某链环的横档的两个边缘，故应从位置序列X中剔除x2i‑1和x2i；
c.y方向各链环单环长度Lyi＝y2i‑y2i‑1，x方向各链环单环长度Lxi＝x2i‑x2i‑1；
d.如图4所示，以y方向任意链环为起始测量环的五环的长度同样，以x方向任意链环为起始测量环的五环的长度