CN102003969B - 一种测斜仪自动校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测斜仪自动校准方法，包括用于运行软件和控制的工控机，用于发送控制脉冲和脉冲计数的数据采集卡，其特征在于：还包括用于测量转动角度的圆光栅传感器、用于装夹测斜仪的检测平台、用于实现平台转动的高精度机械传动机构和用于带动机械传动机构的电机，工控机与数据采集卡相连，数据采集卡与圆光栅传感器、电机控制器相连，电机与机械传动机构相连，机械传动机构与检测平台相连，圆光栅传感器安装于检测平台的轴上。本发明实现了测程范围无限制、多角度连续的高精度校准，其中校准精度可达到3″，特别适用于测斜仪生产企业、使用单位及计量技术机构等单位中测斜仪的校准。

Description

一种测斜仪自动校准方法

技术领域

本发明涉及工控机测控领域，具体用于测斜仪校准中角度的自动生成和数据的自动分析处理。

背景技术

测斜仪主要应用于道路、桥梁、大坝及岩土工程安全检测，它适用于煤矿工程、地质钻孔、防渗灌浆孔、桩抽芯孔、岩土工程的测量钻孔和非磁性矿地区以及无铁套管的钻孔斜度测量，还可以测量深基坑、边坡、地基、水平位移以及剖面沉降等。

该仪器采用倾角传感器作为敏感元件，它是一个力平衡式伺服系统，当传感器探头相对于地球重心方向产生倾角时，由于重力作用，传感器中敏感元件相对于铅锤方向摆动一个角度，通过高灵敏的微电子换能器将此角度转换成信号，经过分析处理显示被测对象的倾斜角度，其检测精度对工程质量及工程安全影响很大。

目前，国内无该仪器的国家检定规程及成熟的校准设备。大多数厂家都采用游标角度尺进行检测，这种方法检测精度低，定位困难，很难保证测量的准确性和可靠性。市场上急需对测斜仪进行精确校准和定量分析的仪器。

在国内所查公开文献范围内，国内有将光栅原理、步进电机驱动及工控机控制技术在校准、测量装置中应用的研究报道，同时已见测斜仪检定装置的产品信息，但未与本项目研究内容完全相同的，用圆光栅作为标准、步进电机驱动、用工控机进行控制、读数及数据处理，完全采用闭环系统实现对测斜仪全自动、多角度的校准和检测装置。

发明内容

本发明目的在于提供一种倾斜仪自动校准系统，提高倾斜仪的校准精度，简化校准过程。

本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种测斜仪自动校准装置，包括用于运行软件和控制的工控机，用于发送控制脉冲和脉冲计数的数据采集卡，其特征在于：还包括用于测量转动角度的圆光栅传感器、用于装夹测斜仪的检测平台、用于实现平台转动的高精度机械传动机构和用于带动机械传动机构的电机，工控机与数据采集卡相连，数据采集卡与圆光栅传感器、电机的控制器相连，电机与机械传动机构相连，机械传动机构与检测平台相连，圆光栅传感器安装于检测平台的轴上。

前述的测斜仪自动校准装置，其特征在于：所述高精度机械传动机构为涡轮蜗杆传动机构。

前根据权利要求1所述测斜仪自动校准装置，其特征在于：所述的圆光栅传感器为Renishaw公司生产的M-9527-0057型圆光栅传感器，包括圆光栅和读数头，其输出脉冲间隔为1.1″，输出精度为2″，用来将检测平台转过的角度转换为脉冲输出，依此来计算角度。用来将检测平台转过的角度转换为脉冲输出，依此来计算角度。

前根据权利要求1所述测斜仪自动校准装置，其特征在于：所述的数据采集卡为两轴伺服/步进电机控制卡，内置28位计数器。

本发明所达到的有益效果：本发明的测斜仪自动校准装置及测斜仪自动校准方法，可提高倾斜仪的校准精度，简化校准过程。

附图说明

图1为本发明的硬件连接图；

图2为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工控机的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明专利进一步说明。

参照图1及图2所示的测斜仪自动校准装置，包括1.工控机及软件、2.数据采集卡、3.步进电机控制器、4.步进电机、5.高精度的机械传动机构、6.圆光栅、7.圆光栅读数头、8.检测平台，工控机1与数据采集卡2相连，数据采集卡2与圆光栅传感器、电机控制器3相连，步进电机4与机械传动机构5相连，机械传动机构5与检测平台8相连，圆光栅传感器安装于检测平台8的轴上。

首先，通过工控机软件读入设定的一系列数值，并计算得到控制步进电机的脉冲数；其次，工控机通过数据采集卡输出控制脉冲到步进电机控制器，从而控制步进电机转过相应的角度，并通过机械传动机构带动检测平台和圆光栅传感器转动；然后，圆光栅读数头将检测到的转动角度以脉冲的形式通过数据采集卡发送到工控机，并与设定的角度进行比较，达到设定值时，工控机发送停止命令，步进电机停止转动，此时由用户输入测斜仪的读数；最后，由软件分析得到标定方程与误差。程序流程图见图3。

具体来说，包括以下步骤：

(1)检测校准过程，如图3中A)所示：

第一步，程序运行后，等待用户的输入，并检验输入的有效性，然后根据用户的输入预调整检测平台的位置，为下一步的检测校准做准备。

第二步，根据用户输入，计算下一个待校准点所对应圆光栅的脉冲数，然后启动电机，同时读取圆光栅传感器的脉冲数，得到转动角度，并判断是否到达预定位置，当检测平台到达预定位置时，电机停止转动，用户将测斜仪的读数输入工控机。

第三步，重复第二步，直到所有的点都校准完毕，将校准结果以Excel表格的形式输出，包括校准点角度、测斜仪读数、实测角度、标定方程和误差等信息。

所述第一步中输入的设定数据是根据校准测斜仪的要求而设定的角度值，比如转到5度，10度，12度，90度等，测斜仪实测的即这几个角度，然后计算偏差，从而用本发明的平台校准测斜仪误差。

(2)调整零位过程，如图3中B)所示：

第一步，用户点击零位调整按钮后，系统等待键盘消息，当有“←”键和“→”键按下时，电机分别向左和向右转，其它键则停止。

第二步，当达到较为理想的零位(用水平仪检测)时，点确定键返回到主界面，同时保存该零位位置信息到文件。

(3)回零过程，如图3中C)所示：

用户点击回零按钮后，系统根据记录的零位信息和检测平台的位置决定转动方向，自动回到前述记录的零位。

综上所述，针对测斜仪的校准问题，本发明用圆光栅作为标准、步进电机驱动、用工控机进行控制、读数及数据处理，完全采用闭环系统实现对测斜仪全自动、多角度、高精度的校准和检测装置。实验结果表明，该系统具有测程范围无限制、校准精度高(全程精度在3″以内)等优点，可以实现多角度的连续测量，简化了测斜仪校准的过程，提高了校准精度。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种测斜仪自动校准方法，该方法使用的测斜仪自动校准装置，其包括用于运行软件和控制的工控机，用于发送控制脉冲和脉冲计数的数据采集卡，还包括用于测量转动角度的圆光栅传感器、用于装夹测斜仪的检测平台、用于实现平台转动的高精度机械传动机构和用于带动机械传动机构的电机，所述高精度机械传动机构为涡轮蜗杆传动机构，所述的圆光栅传感器为Renishaw公司的M-9527-0057型圆光栅传感器，包括圆光栅和读数头，所述的数据采集卡为两轴伺服/步进电机控制卡，内置28位计数器，工控机与数据采集卡相连，数据采集卡与圆光栅传感器、电机控制器相连，电机与机械传动机构相连，机械传动机构与检测平台相连，圆光栅传感器安装于检测平台的轴上，其特征在于：首先，通过工控机软件读入设定的一系列数值，并计算得到控制步进电机的脉冲数；其次，工控机通过数据采集卡输出控制脉冲到步进电机控制器，从而控制步进电机转过相应的角度，并通过机械传动机构带动检测平台和圆光栅传感器转动；然后，圆光栅读数头将检测到的转动角度以脉冲的形式通过数据采集卡发送到工控机，并与设定的角度进行比较，达到设定值时，工控机发送停止命令，步进电机停止转动，此时由用户输入测斜仪的读数；最后，由软件分析得到标定方程与误差；

具体来说，包括以下步骤：

步骤(1)、检测校准过程：

第一步，工控机的程序运行后，等待用户的输入，并检验输入的有效性，然后根据用户的输入预调整检测平台的位置，为下一步的检测校准做准备；

第二步，根据用户输入，计算下一个待校准点所对应圆光栅的脉冲数，然后启动电机，同时读取圆光栅传感器的脉冲数，得到转动角度，并判断是否到达预定位置，当检测平台到达预定位置时，电机停止转动，用户将测斜仪的读数输入工控机；

第三步，重复第二步，直到所有的点都校准完毕，将校准结果以Excel表格的形式输出，包括校准点角度、测斜仪读数、实测角度、标定方程和误差信息；

所述第一步中输入的设定数据是根据校准测斜仪的要求而设定的角度值：5度，10度，12度，90度，测斜仪实测的即这几个角度，然后计算偏差，从而用检测平台校准测斜仪误差；

步骤(2)、调整零位过程：

第一步，用户点击零位调整按钮后，系统等待键盘消息，当有“←”键和“→”键按下时，电机分别向左和向右转，其它键则停止；

第二步，当用水平仪检测达到较为理想的零位时，点确定键返回到主界面，同时保存该零位位置信息到文件；

步骤(3)、回零过程：

用户点击回零按钮后，系统根据记录的零位信息和检测平台的位置决定转动方向，自动回到前述记录的零位。

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