般精度而言可以免除標(biāo)定過程。
[0032]本發(fā)明的測量平板4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4的形狀可為長方形或者其他形狀。本發(fā)明的測量平板4所在平面可以與被測目標(biāo)5的工作面平行，也可以不平行，沒有特殊要求與限制。
[0033]本發(fā)明的測量平板4的大小，主要取決于傾角變化范圍Θ、傳感器間距L以及測量平板4與被測目標(biāo)5回轉(zhuǎn)軸線的偏心距e。以圖2所示雙位移傳感器測量一維傾角為例，所需測量平板4的最大尺寸為:
[0034]D_max=(L+2esinΘ)/cosΘ
[0035]顯然，傾角變化范圍Θ越大、傳感器間距L越大、測量平板4與被測目標(biāo)5回轉(zhuǎn)軸線的偏心距e越大，所需的測量平板4的尺寸也就越大。
[0036]為例保證對被測目標(biāo)的運(yùn)動特性基本沒有影響，本發(fā)明的測量平板4采用輕質(zhì)材料，例如鋁合金、有機(jī)玻璃等材料。
[0037]本發(fā)明的測量平板4采用較小的厚度，為例減小測量平板4的變形，可以在測量平板4的背面加裝若干加強(qiáng)筋7。如圖5所示，對于長方形測量平板4，在背面設(shè)置了 4條加強(qiáng)筋，其中兩條長的加強(qiáng)筋布置在測量平板4的長邊方向，兩條短的加強(qiáng)筋布置在測量平板4的短邊方向。
[0038]本發(fā)明根據(jù)采用的位移傳感器I的種類不同，需要選用具有不同表面特性的測量平板4。例如，對于激光位移傳感器，需要采用具有漫反射或者亞光表面特性的測量平板4。
[0039]本發(fā)明的測量平板4需要具有一定的平面度精度要求。根據(jù)不同的傾角測量精度要求，測量平板4需要具有不同的平面度要求。傾角測量精度要求越高，對測量平板4的平面度要求也越高。假設(shè)傾角測量精度為土 △ Θ，兩個(gè)傳感器的間隔為L，則測量平板的平面度要求應(yīng)為:
[0040]Δ=±LtanA Θ
[0041]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4。針對這種情況，本發(fā)明采用多個(gè)位移傳感器I和小尺寸測量平板4，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。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。當(dāng)傾角為_10~+10度以內(nèi)的范圍變化時(shí)，可以采用4個(gè)位移傳感器SensorK Sensor2、Sensor3和Sensor4進(jìn)行測量；當(dāng)傾角為10~45度以內(nèi)范圍變化時(shí)，可以采用3個(gè)位移傳感器Sensor2、Sensor3和Sensor4進(jìn)行測量；當(dāng)傾角為超過45度以外范圍變化時(shí)，可以采用2個(gè)位移傳感器Sensor3和Sensor4進(jìn)行測量。
[0042]本發(fā)明提出用于上述一維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I的數(shù)量不同時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法也有所不同。
[0043]對于采用2個(gè)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(gè)位移傳感器位移差與兩個(gè)位移傳感器間距之比來計(jì)算傾角，即梯度算法。以圖2所示雙傳感器一維傾角測量系統(tǒng)為例，兩個(gè)位移傳感器Sensorl和Sensorf的位移分別為Si和s2，兩個(gè)位移傳感器間距為L，則傾角計(jì)算公式為:
[0044]Θ =arctan[(S1-S2)/L]
[0045]對于采用3個(gè)及以上位移傳感器I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(gè)位移傳感器位移差與兩個(gè)傳感器間距之比來計(jì)算出一個(gè)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。以圖3所示的4傳感器一維傾角測量系統(tǒng)為例，4個(gè)位移傳感器Sensorl、Sensor2、Sensor3和Sensor4的位移分別為sl、s2、s3和s4，相鄰兩個(gè)位移傳感器間距均為L，則可以得到6個(gè)傾角值為:
[0046]Θ 12=arctan[(Sl-S2)/L]
[0047]Θ23=arctan[(S2-S3)/L]
[0048]Θ 34=arctan[ (S3-S4)/L]
[0049]Θ 13=arctan[(S1-S3)/2L]
[0050]Θ 24=arctan[(S2-S4)/2L]
[0051]Θ 14=arctan[ (S1-S4)/3L]
[0052]則最終的被測目標(biāo)5的傾角測量結(jié)果可取為上述所有傾角值的平均值:
[0053]Θ = ( Θ 12+ Θ 23+ Θ 34+ Θ 13+ Θ 24+ Θ 14) /6
[0054]特別地，本發(fā)明還提出一種加權(quán)平均計(jì)算方法，即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(gè)傾角值的權(quán)就是該傾角值所對應(yīng)的兩個(gè)位移傳感器I的間距。以圖3所示的4傳感器一維傾角測量系統(tǒng)為例，上述過程獲得的6個(gè)傾角值Θ12、Θ 23、Θ 34、Θ 13、Θ 24和Θ 14所對應(yīng)的兩個(gè)位移傳感器的間距分別是L、L、L、2L、2L和3L，因此這6個(gè)傾角值的權(quán)分別為1、1、1、2、2和3，總的權(quán)值之和為10。由此可得最終的傾角加權(quán)算術(shù)平均值為:
[0055]Θ = ( Θ 12+ Θ 23+ Θ 34+2 Θ 13+2 Θ 24+3 Θ 14)/10
[0056]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有的傾角傳感器/傾角儀相比，本發(fā)明利用若干個(gè)具有絕對測距功能的位移傳感器，通過數(shù)據(jù)處理獲得被測目標(biāo)的二維傾角，實(shí)現(xiàn)了傾角的非接觸高精度測量。該方法可以免除傾角傳感器直接安裝在被測目標(biāo)的弊端，而且測量結(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)，測量和維護(hù)更加方便靈活，使用范圍更加廣泛。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種一維傾角非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于:該測量系統(tǒng)由若干位移傳感器、一個(gè)測量平板、一個(gè)測量支架、一個(gè)控制系統(tǒng)和一根電纜組成。2.測量平板被安置于被測目標(biāo)上。3.位移傳感器安置于測量支架之上，每個(gè)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(gè)傳位移感器的輸出通過電纜輸送到控制系統(tǒng)。4.當(dāng)被測目標(biāo)處于任何空間姿態(tài)位置時(shí)，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，并送入控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過計(jì)算得到測量平板即被測目標(biāo)的一維傾角值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維傾角非接觸測量系統(tǒng)，其特征是:所述的位移傳感器是具有絕對測距功能的非接觸位移傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的位移傳感器，其特征是:位移傳感器的數(shù)量最少為2個(gè)，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。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量平板，其特征是:所述的測量平板的形狀可為長方形或者其他形狀，其所在平面可以與被測目標(biāo)的工作面平行，也可以不平行，沒有特殊限制。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量平板，其特征是:所述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。9.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。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量平板，其特征是:所述的測量平板采用輕質(zhì)材料，以便最大程度地減輕對被測目標(biāo)動態(tài)特性的影響。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量平板，其特征是:所述的測量平板背面設(shè)置若干加強(qiáng)筋，以便減小測量平板的變形。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征是:對于空間有限、不能采用較大尺寸測量平面的場合，所述測量系統(tǒng)可以采用更多的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)較大范圍的傾角測量。13.—種針對上述測量系統(tǒng)的傾角測量數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:對于采用2個(gè)位移傳感器測量一維傾角的情形，所述的數(shù)據(jù)處理方法是直接利用兩個(gè)位移傳感器位移差與兩個(gè)位移傳感器間距之比來計(jì)算傾角的梯度算法。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:對于采用3個(gè)及以上位移傳感器測量一維傾角的情形，所述的數(shù)據(jù)處理方法是:分別利用任意兩個(gè)位移傳感器位移差與兩個(gè)傳感器間距之比來計(jì)算出一個(gè)傾角值，然后將所有的傾角值取平均，并以平均值作為最后的傾角測量結(jié)果。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多傳感器數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:所述的平均值是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(gè)傾角值的權(quán)就是該傾角值所對應(yīng)的兩個(gè)傳感器的間距，所有權(quán)之和即為所有傳感器間距之和。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種可以實(shí)現(xiàn)一維傾角非接觸測量的方法及系統(tǒng)。采用若干個(gè)具有絕對測距功能的非接觸位移傳感器，同時(shí)對安置于被測目標(biāo)的測量平板進(jìn)行測量，通過對各個(gè)位移傳感器位移值的數(shù)據(jù)處理，最終可以直接得到一維傾角測量結(jié)果。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。通過分段測量和自動切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)較大范圍的傾角測量。數(shù)據(jù)處理方法可以采用雙傳感器的梯度算法、多傳感器的平均值法和加權(quán)平均值法。該方法可以免除傾角傳感器直接安裝在被測目標(biāo)的弊端，而且測量結(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)。
【IPC分類】G01C9/00
【公開號】CN104931018
【申請?zhí)枴緾N201510364020
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】上海礪晟光電技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月26日