般精度而言可以免除标定过程。
[0032]本发明的测量平板4的作用，是提供足够大小与精度的测量平面，保证倾角的准确测量。本发明的测量平板4的形状可为长方形或者其他形状。本发明的测量平板4所在平面可以与被测目标5的工作面平行，也可以不平行，没有特殊要求与限制。
[0033]本发明的测量平板4的大小，主要取决于倾角变化范围Θ、传感器间距L以及测量平板4与被测目标5回转轴线的偏心距e。以图2所示双位移传感器测量一维倾角为例，所需测量平板4的最大尺寸为:
[0034]D_max=(L+2esinΘ)/cosΘ
[0035]显然，倾角变化范围Θ越大、传感器间距L越大、测量平板4与被测目标5回转轴线的偏心距e越大，所需的测量平板4的尺寸也就越大。
[0036]为例保证对被测目标的运动特性基本没有影响，本发明的测量平板4采用轻质材料，例如铝合金、有机玻璃等材料。
[0037]本发明的测量平板4采用较小的厚度，为例减小测量平板4的变形，可以在测量平板4的背面加装若干加强筋7。如图5所示，对于长方形测量平板4，在背面设置了 4条加强筋，其中两条长的加强筋布置在测量平板4的长边方向，两条短的加强筋布置在测量平板4的短边方向。
[0038]本发明根据采用的位移传感器I的种类不同，需要选用具有不同表面特性的测量平板4。例如，对于激光位移传感器，需要采用具有漫反射或者亚光表面特性的测量平板4。
[0039]本发明的测量平板4需要具有一定的平面度精度要求。根据不同的倾角测量精度要求，测量平板4需要具有不同的平面度要求。倾角测量精度要求越高，对测量平板4的平面度要求也越高。假设倾角测量精度为土 △ Θ，两个传感器的间隔为L，则测量平板的平面度要求应为:
[0040]Δ=±LtanA Θ
[0041]对于某些特殊场合，由于空间所限无法使用较大尺寸的测量平板4。针对这种情况，本发明采用多个位移传感器I和小尺寸测量平板4，通过分段测量和自动切换技术实现较大测量范围的倾角测量。图4为本发明的四传感器和小尺寸测量平板的一维倾角测量系统组成原理示意图。当倾角为_10~+10度以内的范围变化时，可以采用4个位移传感器SensorK Sensor2、Sensor3和Sensor4进行测量；当倾角为10~45度以内范围变化时，可以采用3个位移传感器Sensor2、Sensor3和Sensor4进行测量；当倾角为超过45度以外范围变化时，可以采用2个位移传感器Sensor3和Sensor4进行测量。
[0042]本发明提出用于上述一维倾角非接触测量系统的数据处理方法。当采用的位移传感器I的数量不同时，相应的数据处理方法也有所不同。
[0043]对于采用2个位移传感器测量一维倾角的情形，本发明的数据处理方法是:直接利用两个位移传感器位移差与两个位移传感器间距之比来计算倾角，即梯度算法。以图2所示双传感器一维倾角测量系统为例，两个位移传感器Sensorl和Sensorf的位移分别为Si和s2，两个位移传感器间距为L，则倾角计算公式为:
[0044]Θ =arctan[(S1-S2)/L]
[0045]对于采用3个及以上位移传感器I测量一维倾角的情形，本发明的数据处理方法是:分别利用任意两个位移传感器位移差与两个传感器间距之比来计算出一个倾角值，然后将所有的倾角值取平均，以平均值作为最后的倾角测量结果。以图3所示的4传感器一维倾角测量系统为例，4个位移传感器Sensorl、Sensor2、Sensor3和Sensor4的位移分别为sl、s2、s3和s4，相邻两个位移传感器间距均为L，则可以得到6个倾角值为:
[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]则最终的被测目标5的倾角测量结果可取为上述所有倾角值的平均值:
[0053]Θ = ( Θ 12+ Θ 23+ Θ 34+ Θ 13+ Θ 24+ Θ 14) /6
[0054]特别地，本发明还提出一种加权平均计算方法，即采用所有倾角值的加权算术平均值作为最终倾角测量结果，每个倾角值的权就是该倾角值所对应的两个位移传感器I的间距。以图3所示的4传感器一维倾角测量系统为例，上述过程获得的6个倾角值Θ12、Θ 23、Θ 34、Θ 13、Θ 24和Θ 14所对应的两个位移传感器的间距分别是L、L、L、2L、2L和3L，因此这6个倾角值的权分别为1、1、1、2、2和3，总的权值之和为10。由此可得最终的倾角加权算术平均值为:
[0055]Θ = ( Θ 12+ Θ 23+ Θ 34+2 Θ 13+2 Θ 24+3 Θ 14)/10
[0056]本发明的有益效果是，与现有的倾角传感器/倾角仪相比，本发明利用若干个具有绝对测距功能的位移传感器，通过数据处理获得被测目标的二维倾角，实现了倾角的非接触高精度测量。该方法可以免除倾角传感器直接安装在被测目标的弊端，而且测量结果与测量平板与被测目标回转轴线的偏心距无关，测量和维护更加方便灵活，使用范围更加广泛。
【主权项】
1.一种一维倾角非接触测量系统，其特征在于:该测量系统由若干位移传感器、一个测量平板、一个测量支架、一个控制系统和一根电缆组成。2.测量平板被安置于被测目标上。3.位移传感器安置于测量支架之上，每个传感器的测量线互相平行，并且所有测量线均对准测量平板，每个传位移感器的输出通过电缆输送到控制系统。4.当被测目标处于任何空间姿态位置时，在控制系统的统一控制下，所有传感器同步获取与测量平板之间的距离值，并送入控制系统进行数据处理，通过计算得到测量平板即被测目标的一维倾角值。5.根据权利要求1所述的一维倾角非接触测量系统，其特征是:所述的位移传感器是具有绝对测距功能的非接触位移传感器。6.根据权利要求5所述的位移传感器，其特征是:位移传感器的数量最少为2个，所有位移传感器均应布置在同一条直线上，该直线与被测目标的回转中心线正交。7.根据权利要求1所述的测量平板，其特征是:所述的测量平板的形状可为长方形或者其他形状，其所在平面可以与被测目标的工作面平行，也可以不平行，没有特殊限制。8.根据权利要求7所述的测量平板，其特征是:所述的测量平板的大小取决于倾角变化范围、传感器间距以及测量平板与被测目标回转轴线的偏心距。9.倾角变化范围越大、传感器间距越大、测量平板与被测目标回转轴线的偏心距越大，所需的测量平板的尺寸也就越大。10.根据权利要求7所述的测量平板，其特征是:所述的测量平板采用轻质材料，以便最大程度地减轻对被测目标动态特性的影响。11.根据权利要求7所述的测量平板，其特征是:所述的测量平板背面设置若干加强筋，以便减小测量平板的变形。12.根据权利要求1所述的测量系统，其特征是:对于空间有限、不能采用较大尺寸测量平面的场合，所述测量系统可以采用更多的位移传感器和小尺寸测量平板，通过分段测量和自动切换技术实现较大范围的倾角测量。13.—种针对上述测量系统的倾角测量数据处理方法，其特征是:对于采用2个位移传感器测量一维倾角的情形，所述的数据处理方法是直接利用两个位移传感器位移差与两个位移传感器间距之比来计算倾角的梯度算法。14.根据权利要求13所述的数据处理方法，其特征是:对于采用3个及以上位移传感器测量一维倾角的情形，所述的数据处理方法是:分别利用任意两个位移传感器位移差与两个传感器间距之比来计算出一个倾角值，然后将所有的倾角值取平均，并以平均值作为最后的倾角测量结果。15.根据权利要求13所述的多传感器数据处理方法，其特征是:所述的平均值是采用所有倾角值的加权算术平均值作为最终倾角测量结果，每个倾角值的权就是该倾角值所对应的两个传感器的间距，所有权之和即为所有传感器间距之和。
【专利摘要】本发明提出一种可以实现一维倾角非接触测量的方法及系统。采用若干个具有绝对测距功能的非接触位移传感器，同时对安置于被测目标的测量平板进行测量，通过对各个位移传感器位移值的数据处理，最终可以直接得到一维倾角测量结果。所有位移传感器均应布置在同一条直线上，该直线与被测目标的回转中心线正交。通过分段测量和自动切换技术实现较大范围的倾角测量。数据处理方法可以采用双传感器的梯度算法、多传感器的平均值法和加权平均值法。该方法可以免除倾角传感器直接安装在被测目标的弊端，而且测量结果与测量平板与被测目标回转轴线的偏心距无关。
【IPC分类】G01C9/00
【公开号】CN104931018
【申请号】CN201510364020
【发明人】不公告发明人
【申请人】上海砺晟光电技术有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月26日