水平萬向角度測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水平萬向角度測量裝置及測量方法，包括具有水平基準(zhǔn)面的基座和擺錘，所述擺錘通過軸承與基座可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述擺錘水平安裝在基座上其中心平面與水平基準(zhǔn)面平行，在所述擺錘上安裝有角度檢測裝置，所述角度檢測裝置通過信號線與測量控制電路連接。本發(fā)明利用重力擺錘和角度檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)被測水平面在任意傾斜方向上的實(shí)時(shí)進(jìn)行角度測量與控制，不但結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，成本低廉，測量精度高，靈敏度強(qiáng)，且通用性強(qiáng)，易于推廣應(yīng)用。該測量裝置和測量方法不受強(qiáng)磁場、震動(dòng)等環(huán)境的影響。
【專利說明】
水平萬向角度測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種角度測量裝置，具體地說是涉及一種對水平面傾斜角度的測量裝置和測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在生產(chǎn)工藝過程中，有時(shí)為方便組裝調(diào)試，根據(jù)情況需對平臺隨機(jī)在水平方向上做一定角度的傾斜。在物理性能試驗(yàn)中常對壓潰、堆碼等加載壓板的隨機(jī)傾斜角度進(jìn)行測量和控制，以便甄別試樣合格與否。市售成品多軸角度測量儀器，只能對平面上定義了的X、Y軸兩個(gè)方向進(jìn)行傾斜角度的測量，無法對隨機(jī)傾斜方向上的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，成本低，操作簡單方便，通用性強(qiáng)，可實(shí)時(shí)測量水平面在任意方向上傾斜角度的水平萬向角度測量裝置。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)主要目的在于，提供一種操作簡單方便，可實(shí)時(shí)測量水平面在任意方向上傾斜角度的水平萬向角度測量方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種水平萬向角度測量裝置，包括具有水平基準(zhǔn)面的基座和擺錘，所述擺錘通過軸承與基座可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述擺錘水平安裝在基座上其中心平面與水平基準(zhǔn)面平行，在所述擺錘上安裝有角度檢測裝置，所述角度檢測裝置通過信號線與測量控制電路連接。
[0007]進(jìn)一步，所述擺錘為扇形結(jié)構(gòu)，在扇形結(jié)構(gòu)的圓心處與所述軸承的內(nèi)圈固定連接。
[0008]進(jìn)一步，所述角度檢測裝置為單軸角度傳感器，安裝在扇形結(jié)構(gòu)的上表面上，其測量方向與扇形中心的半徑方向相一致。
[0009]進(jìn)一步，所述基座為一箱體，在基座內(nèi)安裝有導(dǎo)電滑環(huán)，所述信號線通過導(dǎo)電滑環(huán)與測量控制電路連接。
[0010]進(jìn)一步，所述基座與擺錘之間安裝軸承座，所述軸承的外圈固定安裝在軸承座上，所述信號線從所述軸承中心穿過與基座內(nèi)的導(dǎo)電滑環(huán)連接。
[0011 ]進(jìn)一步，所述基座、擺錘、測量控制電路、角度檢測裝置安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，在所述殼體上安裝測量控制電路的輸出線接口。
[0012]進(jìn)一步，還包括有用于檢測傾斜方向的絕對編碼器，所述絕對編碼器固定安裝在所述基座上。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是:
[0014]一種水平萬向角度測量方法，在一具有水平基準(zhǔn)面的基座上通過軸承水平安裝一個(gè)擺捶，所述擺錘的中心平面與水平基準(zhǔn)面平行，在擺捶上安裝角度檢測裝置，當(dāng)被測水平面向任意方向傾斜時(shí)，擺錘在重力作用下其重心點(diǎn)自動(dòng)繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)而使擺錘的中心與傾斜方向一致，由角度檢測裝置實(shí)時(shí)測出傾斜方向上的傾斜角度。
[0015]進(jìn)一步，所述擺錘為扇形結(jié)構(gòu)，在扇形結(jié)構(gòu)的圓心處安裝所述軸承，所述角度檢測裝置安裝在扇形結(jié)構(gòu)的上表面上，使所述角度檢測裝置的測量方向與扇形中心的半徑方向相一致。
[0016]進(jìn)一步，所述角度檢測裝置通過信號線連接測量控制電路，測量控制電路接收角度檢測裝置檢測的信號，并將檢測的數(shù)值與預(yù)先存儲的設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果發(fā)送控制信號控制執(zhí)行部件動(dòng)作。
[0017]綜上內(nèi)容，本發(fā)明所述的一種水平萬向角度測量裝置及測量方法，利用重力擺錘和角度檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)被測水平面在任意傾斜方向上的實(shí)時(shí)進(jìn)行角度測量與控制，不但結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，成本低廉，測量精度高，靈敏度強(qiáng)，且通用性強(qiáng)，易于推廣應(yīng)用。該測量裝置和測量方法不受強(qiáng)磁場、震動(dòng)等環(huán)境的影響，而且根據(jù)需要留有升級空間，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對傾斜方向的方位和傾斜角度的多參數(shù)測量。該裝置主要用于工藝組裝、測試平臺及測量物理試驗(yàn)時(shí)壓潰、堆碼的壓板等操作中。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明測量裝置在測量時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明擺錘結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]如圖1至圖3所示，基座I，擺錘2，角度檢測裝置3，信號線4，軸承座5，軸承6，導(dǎo)電滑環(huán)8，安裝孔9，殼體10，信號線11。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0023]實(shí)施例一:
[0024]如圖1和圖2所示，一種水平萬向角度測量裝置，包括基座1、擺錘2、角度檢測裝置3和測量控制電路(圖中未示出)。
[0025]其中，基座I具有一水平基準(zhǔn)面，本實(shí)施例中，基座I優(yōu)選采用一個(gè)中空的長方體的箱體結(jié)構(gòu)，其底表面為水平基準(zhǔn)面，在測量時(shí)將其底表面放置在被測平面的中心位置上。在基座I的頂表面上安裝一軸承座5，基座I和軸承座5之間可以焊接在一起，也可以通過緊固件固定連接，在軸承座5內(nèi)安裝軸承6，軸承6的外圈與軸承座5之間過盈配合固定，軸承6的內(nèi)圈與擺錘2固定連接，擺錘2在安裝在軸承6上后呈水平狀態(tài)，即安裝后擺錘2的中心平面與基座I的水平基準(zhǔn)面平行，當(dāng)被測平面無任何傾斜而為水平面時(shí)，擺錘2的中心平面與水平面之間的夾角為0°。基座I的底表面的面積要盡可能的大，這樣可以增加基座I與被測平面的接觸面積，以提高測量裝置的精確度和靈敏度。
[0026]如圖3所示，本實(shí)施例中，優(yōu)選擺錘2采用扇形的平面結(jié)構(gòu)，在扇形的平面結(jié)構(gòu)的圓心處設(shè)置有安裝孔9，安裝孔9通過過盈配合與軸承6的內(nèi)圈固定連接，扇形的圓心角優(yōu)選為90-120°，采用這種結(jié)構(gòu)的擺捶2可使其自身重心在半徑方向上偏向扇形的邊緣，進(jìn)而可以增加擺錘2受重力作用后繞軸承6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)的靈敏度，將被測平面在任意方向上有一小的角度傾斜時(shí)，擺錘2即可在自身的重力作用下繞軸承6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而發(fā)生偏移，以保證該裝置具有較高的檢測精度。
[0027]如圖1和圖2所示，在擺錘2的上表面上安裝有角度檢測裝置3，角度檢測裝置3通過信號線4與測量控制電路連接，本實(shí)施例中，角度檢測裝置3優(yōu)選采用單軸角度傳感器，其測量方向與擺錘2的扇形中心的半徑方向相一致，角度檢測裝置3盡量放置在靠近扇形平面邊緣的位置，使擺捶2的重心偏向扇形的邊緣。
[0028]當(dāng)被測平面在任意方向上傾斜時(shí)，擺錘2重心點(diǎn)由于重力的作用，使擺錘2圍繞軸承6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)直至與被測平面的水平傾斜方向相一致，擺錘2隨著被測平面傾斜而發(fā)生偏移后，其中的單軸角度檢測裝置3即可檢測出該傾斜方向上的被測平臺的傾斜角度。同時(shí)，角度檢測裝置3還會(huì)實(shí)時(shí)將被測平面在此方向上的微小的傾斜角度電信號通過信號線4傳輸至測量控制電路，由此實(shí)現(xiàn)水平方向上的任意傾斜方向上的萬向角度測量，而且測量范圍水平在全向(5°-90°)，分辨力也可以達(dá)到0.1度，進(jìn)而可以滿足工藝組裝、測試平臺及測量物理試驗(yàn)時(shí)壓潰、堆碼的壓板等操作的較高的要求。
[0029]當(dāng)擺錘2帶動(dòng)單軸角度傳感器一起繞軸承6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號線4也會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，為了避免信號線4纏繞，本實(shí)施例中，在基座I內(nèi)安裝有一個(gè)導(dǎo)電滑環(huán)8，單軸角度傳感器連接的信號線4穿過軸承6的中心、基座I的頂表面后與基座I內(nèi)的導(dǎo)電滑環(huán)8連接，導(dǎo)電滑環(huán)8再引出信號線11與測量控制電路連接。信號線4在隨單軸角度傳感器繞軸承6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號線4帶動(dòng)下部的導(dǎo)電滑環(huán)8同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由此釋放信號線4的纏繞力矩，進(jìn)而可以避免信號線4纏繞，而且不影響信號線11與測量控制電路的連接，實(shí)現(xiàn)單軸角度傳感器的信號線4和信號線11與外部測量控制電路的無擾連接。
[0030]測量控制電路包括檢測單元和控制單元，檢測單元用于實(shí)時(shí)接收角度檢測裝置3檢測至的角度電信號，檢測單元將接收的電信號再實(shí)時(shí)發(fā)送給控制單元，控制單元由單片機(jī)及其它控制部件組成，控制部件可以是繼電器，也可以是電磁閥等，在控制單元的單片機(jī)中可以預(yù)先存儲有傾斜角度的設(shè)定值，將檢測的角度數(shù)值與預(yù)先存儲的設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果控制繼電器、電磁閥等控制部件動(dòng)作，由繼電器8、電磁閥控制其它執(zhí)行部件的動(dòng)作，如當(dāng)被測平面發(fā)生傾斜達(dá)到某一角度值后，控制繼電器斷開，進(jìn)而控制與繼電器8相連的執(zhí)行部件執(zhí)行停機(jī)、關(guān)閉等動(dòng)作。測量控制電路的輸出端也可以連接顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備，可以將角度檢測裝置3實(shí)時(shí)檢測的數(shù)值實(shí)時(shí)或定時(shí)地通過顯示器直觀顯示，也可以實(shí)時(shí)或定時(shí)通過打印機(jī)打印，供操作人員參考。
[0031]為了方便檢測，如圖2所示，本實(shí)施例中，優(yōu)選將上述的基座1、擺錘2、角度檢測裝置3、測量控制電路、軸承座5和軸承6等所有部件安裝在一個(gè)殼體10內(nèi)，做成一個(gè)可以方便安裝、方便攜帶的測量裝置，基座I的底表面固定在殼體10的底壁上，殼體10底壁的下表面也為水平基準(zhǔn)面，殼體10的底壁面積相對于基座I的底表面要大很多，這樣還可以增加測量裝置的水平基準(zhǔn)面與被測平面的接觸面積，進(jìn)而提高該測量裝置的檢測精確度和靈敏度，在殼體10上安裝接線接口與需要控制的其它執(zhí)行部件連接。
[0032]下面詳細(xì)描述該測量裝置的測量方法:
[0033]如圖1和圖2所示，測量時(shí)將該測量裝置安裝在被測平面的中心位置上，殼體10的底壁與被測平面貼合，當(dāng)被測平面在任意方向上產(chǎn)生傾斜時(shí)，擺錘2在自身重力的作用下，其重心點(diǎn)自動(dòng)繞軸承6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，在停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，擺錘2的扇形中心半徑與被測平面的傾斜方向相一致，此時(shí)，角度檢測裝置3即可檢測出在此方向上的傾斜角度，同時(shí)，角度檢測裝置3實(shí)時(shí)將被測平面在此方向上的微小的傾斜角度電信號通過信號線4傳輸至測量控制電路，由此實(shí)現(xiàn)水平方向上的任意傾斜方向上的萬向角度測量。測量控制電路中的檢測單元實(shí)時(shí)接收角度檢測裝置3檢測的電信號，并將接收的電信號再實(shí)時(shí)發(fā)送給控制單元，控制單元將檢測的傾斜角度數(shù)值與預(yù)先存儲的設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果控制繼電器、電磁閥等控制部件動(dòng)作，再由繼電器8、電磁閥控制其它執(zhí)行部件動(dòng)作。
[0034]本發(fā)明利用重力擺錘和角度檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)被測平面在任意傾斜方向上的實(shí)時(shí)角度測量與控制，而且測量范圍水平在全向(5°_90°)，分辨力也可以達(dá)到0.1度，不但整體結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，成本低廉，且通用性極強(qiáng)，易于推廣應(yīng)用，而且該測量裝置和測量方法不受強(qiáng)磁場、震動(dòng)等環(huán)境的影響。
[0035]實(shí)施例二:
[0036]在實(shí)施例一所述的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在測量裝置中還可以安裝有用于檢測被測平面傾斜方向的檢測裝置。即在同一測量裝置上可以同時(shí)檢測被測平面的傾斜角度和傾斜方向，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的測量，更加提高了該測量裝置的通用性。
[0037]用于檢測被測平面傾斜方向的檢測裝置優(yōu)選采用絕對編碼器(圖中未示出)，絕對編碼器固定在基座I上，絕對編碼器的旋轉(zhuǎn)軸與擺錘2的圓心在軸向上同軸連接，即與軸承6的內(nèi)圈在軸向上同軸連接。當(dāng)被側(cè)平面向一方向傾斜后，擺錘2在重力作用下繞軸承6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，軸承6的內(nèi)圈同步轉(zhuǎn)動(dòng)，絕對編碼器即會(huì)發(fā)出一固定信號，不同的傾斜方向會(huì)發(fā)出不同的信號，每個(gè)信號代表在一個(gè)傾斜方向，同時(shí)也可代表擺錘2在傾斜過程中所旋轉(zhuǎn)的角度。
[0038]絕對編碼器通過信號線與測量控制電路連接，將測得的傾斜方向和擺錘旋轉(zhuǎn)的角度信號輸出給測量控制電路，由測量控制電路根據(jù)檢測結(jié)果控制其它執(zhí)行部件動(dòng)作。
[0039]如上所述，結(jié)合附圖所給出的方案內(nèi)容，可以衍生出類似的技術(shù)方案。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水平萬向角度測量裝置，其特征在于:包括具有水平基準(zhǔn)面的基座和擺錘，所述擺錘通過軸承與基座可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述擺錘水平安裝在基座上其中心平面與水平基準(zhǔn)面平行，在所述擺錘上安裝有角度檢測裝置，所述角度檢測裝置通過信號線與測量控制電路連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平萬向角度測量裝置，其特征在于:所述擺錘為扇形結(jié)構(gòu)，在扇形結(jié)構(gòu)的圓心處與所述軸承的內(nèi)圈固定連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平萬向角度測量裝置，其特征在于:所述角度檢測裝置為單軸角度傳感器，安裝在扇形結(jié)構(gòu)的上表面上，其測量方向與扇形中心的半徑方向相一致。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平萬向角度測量裝置，其特征在于:所述基座為一箱體，在基座內(nèi)安裝有導(dǎo)電滑環(huán)，所述信號線通過導(dǎo)電滑環(huán)與測量控制電路連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水平萬向角度測量裝置，其特征在于:所述基座與擺錘之間安裝軸承座，所述軸承的外圈固定安裝在軸承座上，所述信號線從所述軸承中心穿過與基座內(nèi)的導(dǎo)電滑環(huán)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平萬向角度測量裝置，其特征在于:所述基座、擺錘、測量控制電路、角度檢測裝置安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，在所述殼體上安裝測量控制電路的輸出線接口。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平萬向角度測量裝置，其特征在于:還包括有用于檢測傾斜方向的絕對編碼器，所述絕對編碼器固定安裝在所述基座上。8.一種水平萬向角度測量方法，其特征在于:在一具有水平基準(zhǔn)面的基座上通過軸承水平安裝一個(gè)擺捶，所述擺錘的中心平面與水平基準(zhǔn)面平行，在擺捶上安裝角度檢測裝置，當(dāng)被測水平面向任意方向傾斜時(shí)，擺錘在重力作用下其重心點(diǎn)自動(dòng)繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)而使擺錘的中心與傾斜方向一致，由角度檢測裝置實(shí)時(shí)測出傾斜方向上的傾斜角度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水平萬向角度測量方法，其特征在于:所述擺錘為扇形結(jié)構(gòu)，在扇形結(jié)構(gòu)的圓心處安裝所述軸承，所述角度檢測裝置安裝在扇形結(jié)構(gòu)的上表面上，使所述角度檢測裝置的測量方向與扇形中心的半徑方向相一致。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水平萬向角度測量方法，其特征在于:所述角度檢測裝置通過信號線連接測量控制電路，測量控制電路接收角度檢測裝置檢測的信號，并將檢測的數(shù)值與預(yù)先存儲的設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果發(fā)送控制信號控制執(zhí)行部件動(dòng)作。
【文檔編號】G01C9/12GK106017419SQ201610505405
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】李青, 趙進(jìn)強(qiáng), 王文斌, 李和賓, 李艷
【申請人】中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司