基于絕對測距的一維傾角非接觸測量方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種幾何量測量技術(shù)領(lǐng)域的方法與系統(tǒng)，具體是一種基于絕對測距的一維傾角非接觸測量方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傾角是指一個平面相對于基準(zhǔn)平面(一般值水平面)的夾角。測量傾角的儀器稱為傾角儀或者水平儀。傾角是幾何量領(lǐng)域的常見測量項(xiàng)目之一。目前，在國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域，都有各種各樣的傾角測量需求。常規(guī)的傾角測量方法，主要以磁阻傳感器測量本體相對于地磁場的方位來實(shí)現(xiàn)傾角測量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、使用方便，可測量一維或二維傾角。
[0003]但是這種方法存在一些明顯的問題與不足，特別是傳統(tǒng)傾角傳感器/傾角儀必須直接安裝在被測目標(biāo)的工作面上，并隨被測目標(biāo)一起轉(zhuǎn)動，測量方式屬于接觸式測量。其帶來的問題是:(I)將傾角傳感器安置于被測目標(biāo)之上將有可能對被測目標(biāo)的運(yùn)動性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。特別是當(dāng)被測目標(biāo)體積較小、重量較輕的情況下，這種影響會尤為嚴(yán)重，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)測量。(2)將傾角傳感器安裝與被測目標(biāo)之上，勢必要求在被測目標(biāo)本體上加工螺紋孔用于固定傾角傳感器，這將破壞被測目標(biāo)的原有特性和損壞。(3)傳統(tǒng)傾角傳感器一般采用電纜將測量結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，而在被測目標(biāo)轉(zhuǎn)動過程中將不可避免地產(chǎn)生電纜拖曳現(xiàn)象，明顯不合理。上述這些問題也是目前絕大部分的傾角傳感器/傾角儀的通病。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有傾角傳感器/傾角儀的接觸測量問題，提出一種可以實(shí)現(xiàn)一維傾角非接觸測量的方法及系統(tǒng)。該方法是采用若干個具有絕對測距功能的非接觸位移傳感器，同時對安置于被測目標(biāo)工作面的測量平板進(jìn)行測量，通過對所有位移傳感器位移值的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終可以得到一維傾角測量結(jié)果。這種方法可實(shí)現(xiàn)傾角的非接觸高精度測量，輕薄的測量平板對被測目標(biāo)的運(yùn)動特性基本沒有影響。該方法的測量結(jié)果與測量平板與被測目標(biāo)回轉(zhuǎn)軸線的偏心距無關(guān)，因此無需測定此偏心距，方便實(shí)際應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的傾角非接觸測量系統(tǒng)主要包括:若干位移傳感器、一個測量平板、一個測量支架、一個控制系統(tǒng)以及電纜。測量平板被安置于被測目標(biāo)上，可與被測目標(biāo)的工作面平行，也可以不平行。位移傳感器安置于測量支架之上，每個傳感器的測量線互相平行，并且所有測量線均對準(zhǔn)測量平板，每個位移傳感器的測量值通過電纜輸送到控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)一般置于被測目標(biāo)附近。當(dāng)被測目標(biāo)處于任一空間姿態(tài)位置時，在控制系統(tǒng)的統(tǒng)一控制下，所有傳感器同步獲取與測量平板之間的距離值，并通過電纜送入控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過計算得到測量平板即被測目標(biāo)的一維傾角值。
[0007]本發(fā)明的位移傳感器的特殊之處在于，本發(fā)明的位移傳感器是具有絕對測距功能的非接觸位移傳感器，例如激光位移傳感器、激光測距傳感器、電渦流位移傳感器、電容位移傳感器等。具體位移傳感器的選擇，取決于傾角測量范圍和傳感器之間的間距。對于傾角范圍較大、傳感器間距較大的場合，應(yīng)采用測量范圍較大的絕對位移傳感器，例如激光位移傳感器、激光測距傳感器等。對于傾角范圍較小、傳感器間距較小的場合，應(yīng)采用測量范圍較小的絕對位移傳感器，例如電渦流位移傳感器、電容位移傳感器等。
[0008]本發(fā)明的位移傳感器的數(shù)量最少為2個，所有位移傳感器均應(yīng)布置在同一條直線上，該直線與被測目標(biāo)的回轉(zhuǎn)中心線正交。
[0009]本發(fā)明的測量支架的主要作用，是支撐各個傳感器，使之保持確定的方向和位置。本發(fā)明的測量支架的特殊之處在于，測量支架本身具有定位功能，可以保證各個位移傳感器之間的間距處于理想位置，對于一般精度而言可以免除標(biāo)定過程。
[0010]本發(fā)明的測量平板的作用，是提供足夠大小與精度的測量平面，保證傾角的準(zhǔn)確測量。本發(fā)明的測量平板的形狀可為長方形或者其他形狀。本發(fā)明的測量平板所在平面可以與被測目標(biāo)的工作面平行，也可以不平行，沒有特殊要求和限制。
[0011]本發(fā)明的測量平板的大小取決于傾角變化范圍、傳感器間距以及測量平板與被測目標(biāo)回轉(zhuǎn)軸線的偏心距，傾角變化范圍越大、傳感器間距越大、測量平板與被測目標(biāo)回轉(zhuǎn)軸線的偏心距越大，所需的測量平板的尺寸也就越大。
[0012]對于空間有限值的場合，不能采用較大尺寸的測量平面，本發(fā)明的測量平板可以采用輕質(zhì)材料和較小的厚度，從而保證對被測目標(biāo)的運(yùn)動特性基本沒有影響。為例減小測量平板的變形，可以在測量平板的背面加裝若干加強(qiáng)筋。根據(jù)采用的位移傳感器的不同，本發(fā)明需要選用具有不同表面特性的測量平板。根據(jù)不同的傾角測量精度要求，本發(fā)明的測量平板需要具有不同的平面度要求。
[0013]對于某些特殊場合，由于空間所限無法使用較大尺寸的測量平板。針對這種情況，本發(fā)明采用多個位移傳感器和小尺寸測量平板，通過分段測量和自動切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)較大測量范圍的傾角測量。
[0014]本發(fā)明提出用于上述傾角非接觸測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法。當(dāng)采用的位移傳感器數(shù)量不同時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法也有所不同。
[0015]對于采用2個位移傳感器測量一維傾角的情形，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法是:直接利用兩個位移傳感器位移差與兩個傳感器間距之比來計算傾角。
[0016]對于采用3個及以上位移傳感器測量一維傾角的情形，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法是:分別利用任意兩個位移傳感器位移差與兩個傳感器間距之比來計算出一個傾角值，然后將所有的傾角值取平均，以平均值作為最后的傾角測量結(jié)果。特別地，本發(fā)明采用所有傾角值的加權(quán)算術(shù)平均值作為最終傾角測量結(jié)果，每個傾角值的權(quán)就是該傾角值所對應(yīng)的兩個位移傳感器的間距。
【附圖說明】
[0017]
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0019]圖1為本發(fā)明的二維傾角非接觸測量系統(tǒng)組成示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的雙傳感器一維傾角測量系統(tǒng)組成原理示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的四傳感器一維傾角測量系統(tǒng)組成原理示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明的四傳感器和小尺寸測量平板的一維傾角測量系統(tǒng)組成原理示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明的具有加強(qiáng)筋的測量平板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖中，I為位移傳感器，2為測量支架，3為控制系統(tǒng)，4為測量平板，5為被測目標(biāo)，6為傳輸電纜，7為加強(qiáng)筋。
【具體實(shí)施方式】
[0025]
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0027]本發(fā)明的傾角非接觸測量系統(tǒng)的組成如圖1所示。測量系統(tǒng)主要包括:若干位移傳感器1、一個測量平板4、一個測量支架2、一個控制系統(tǒng)3和傳輸電纜6。測量平板4被安置于被測目標(biāo)5上。位移傳感器I安置于測量支架2之上，每個位移傳感器I之間的測量線互相平行，并且所有測量線均對準(zhǔn)測量平板4，每個位移傳感器I的輸出通過電纜6輸送到控制系統(tǒng)3?？刂葡到y(tǒng)一般置于被測目標(biāo)5附近。當(dāng)被測目標(biāo)5處于任何空間姿態(tài)位置時，在控制系統(tǒng)3的統(tǒng)一控制下，所有傳感器I同步獲取位移傳感器I與測量平板4之間的距離值，并通過電纜6送入控制系統(tǒng)3中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過計算得到測量平板4即被測目標(biāo)5的傾角值。
[0028]該方法可以實(shí)現(xiàn)傾角的非接觸測量，對被測目標(biāo)5的性能基本沒有影響，而且該方法的測量結(jié)果與測量平板4與被測目標(biāo)5回轉(zhuǎn)軸線的偏心距無關(guān)，因此無需測定此偏心距，方便實(shí)際應(yīng)用。
[0029]本發(fā)明的位移傳感器I的特殊之處在于，位移傳感器I是具有絕對測距功能的非接觸位移傳感器，例如激光位移傳感器、激光測距傳感器、電渦流位移傳感器、電容位移傳感器等。具體位移傳感器I的選擇，取決于傾角測量范圍和傳感器之間的間距。對于傾角范圍較大、傳感器間距較大的場合，應(yīng)采用測量范圍較大的絕對位移傳感器，例如激光位移傳感器、激光測距傳感器等，其位移測量范圍可達(dá)幾十_至幾百_甚至更大。對于傾角范圍較小、傳感器間距較小的場合，應(yīng)采用測量范圍較小的絕對位移傳感器，例如電渦流位移傳感器、電容位移傳感器等，其位移測量范圍可達(dá)幾_至幾十_。
[0030]本發(fā)明的位移傳感器I的數(shù)量最少為2個。所有位移傳感器I均應(yīng)布置在同一條直線上，該直線與被測目標(biāo)5的回轉(zhuǎn)中心線正交。圖2所示為采用2個位移傳感器的一維傾角測量系統(tǒng)組成示意圖，兩個位移傳感器Sensorl和Sensor2處于同一直線M-Line上，該直線M-Line與被測目標(biāo)5的回轉(zhuǎn)中心線y正交。圖3所示為采用4個位移傳感器的一維傾角測量系統(tǒng)組成示意圖，4個位移傳感器Sensorl、Sensor2、Sensor3和Sensor4處于同一直線M-Line上，該直線M-Line與被測目標(biāo)5的回轉(zhuǎn)中心線y正交。
[0031]本發(fā)明的測量支架2的主要作用，是支撐各個位移傳感器1，使之保持確定的方向和位置。本發(fā)明的測量支架2的特殊之處在于，測量支架2本身具有定位功能，例如凹槽、臺階、圓孔等，可以保證各個位移傳感器I之間的間距處于理想位置，對于一